Quintilhões de micróbios em uma pessoa definem nossa essência

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Quanto mais os cientistas estudam os micróbios que vivem no corpo humano, mais eles aprendem sobre a poderosa influência dessas migalhas em nossa aparência, comportamento e até mesmo na maneira de pensar e sentir.

Vírus, bactérias, fungos unicelulares e outros organismos que vivem nos pulmões e intestinos, pele e olhos realmente dependem de nossa saúde e bem-estar? Não é muito estranho acreditar que as criaturas microscópicas que carregamos em nós e sobre nós mesmos, de muitas maneiras determinam nossa própria essência?

A influência do microbioma - é o nome desse minizoológico - pode ser fundamental já nos estágios iniciais de desenvolvimento.

Um dos estudos, cujos resultados foram publicados no ano passado, mostra que mesmo uma qualidade aparentemente inata como o temperamento de uma criança pode depender de a maioria das bactérias em seus intestinos pertencer ao mesmo gênero: quanto mais bifidobactérias, mais alegre a criança.

As conclusões a que chegaram Anna-Katariina Aatsinki e seus colegas da Universidade de Turku, na Finlândia, são baseadas na análise de amostras de fezes de 301 bebês. As crianças que tinham mais bifidobactérias aos dois meses eram mais propensas a mostrar “emoções positivas”, como os pesquisadores determinaram, aos seis meses.

O estudo do microbioma começou há relativamente pouco tempo - na verdade, apenas 15 anos atrás. Isso significa que a maior parte da pesquisa feita até agora foi preliminar e modesta em escopo, envolvendo apenas dezenas de camundongos ou humanos. Os cientistas descobriram uma relação definitiva entre o estado do microbioma e várias doenças, mas ainda não foram capazes de identificar relações claras de causa e efeito entre habitantes específicos de um "mundo interior" densamente povoado de uma pessoa e sua saúde.

Até o número desses habitantes é surpreendente: hoje acredita-se que cerca de 38 quintilhões (1012) de micróbios vivem no corpo de um homem comum - isso é ainda mais do que suas próprias células humanas. Se aprendermos a entender como nos livrar dessa - nossa - riqueza, perspectivas fascinantes se abrirão diante de nós.

De acordo com otimistas, em um futuro próximo será comum injetar em uma pessoa complexos saudáveis de micróbios na forma de prebióticos (compostos que atuam como substrato no qual as bactérias benéficas podem se multiplicar), probióticos (essas próprias bactérias) ou fecais transplante (transplante de um rico microbioma intestinal de doadores) - para que ele se sinta saudável.

Quando as pessoas falam sobre o microbioma, elas se referem principalmente aos habitantes do trato gastrointestinal, que constituem 90% dos nossos microrganismos. No entanto, outros órgãos estão cheios de vida: micróbios preenchem qualquer parte do corpo que está em contato com o mundo exterior: olhos, ouvidos, nariz, boca, ânus, sistema geniturinário. Além disso, os germes estão presentes em qualquer pedaço de pele, especialmente nas axilas, períneo, entre os dedos dos pés e no umbigo.

E aqui está o que é realmente incrível: cada um de nós tem um conjunto único de micróbios que ninguém mais tem. Hoje, de acordo com Rob Knight, do Center for Microbiome Innovation da University of California (San Diego), já se pode argumentar que a probabilidade de duas pessoas com o mesmo conjunto de espécies nos microbiomas estar se aproximando de zero. A singularidade do microbioma pode ser explorada na perícia, disse Knight. “Quem toca em um objeto é rastreado pela 'impressão digital' do microbioma que fica na pele de uma pessoa”, explica. Bem, algum dia, os investigadores, em busca de evidências, começarão a coletar amostras de micróbios que vivem na pele, assim como fazem hoje para as impressões digitais.

Neste artigo, compartilharemos algumas das descobertas significativas feitas por cientistas que estudaram o microbioma e como ele nos afeta desde a infância até a velhice.

Infância

O feto no útero é praticamente estéril. Espremendo o canal do parto, ele encontra uma miríade de bactérias. Durante o parto normal, o bebê é "lavado" pelos micróbios que vivem na vagina; além disso, as bactérias intestinais da mãe o contaminam. Esses micróbios começam imediatamente a habitar seus próprios intestinos, entrando em uma espécie de comunicação com o sistema imunológico em desenvolvimento. Portanto, já nos primeiros estágios de sua existência, o microbioma prepara o sistema imunológico para funcionar adequadamente no futuro.

Se o bebê nasce de parto cesáreo, não há contato com a bactéria da mãe, e outros microrganismos colonizam seu intestino - da pele da mãe e do leite materno, das mãos de uma enfermeira, até mesmo da roupa de cama do hospital. Esse microbioma estranho pode complicar toda a vida futura de uma pessoa.

Em 2018, Paul Wilms do Centro de Medicina de Sistemas da Universidade de Luxemburgo publicou os resultados de um estudo de 13 bebês nascidos naturalmente e 18 bebês nascidos cirurgicamente. Wilms e colegas analisaram as fezes de recém-nascidos e suas mães, bem como esfregaços vaginais de mulheres em trabalho de parto. As "cesarianas" tinham significativamente menos bactérias que produzem lipopolissacarídeos e, portanto, estimulam o desenvolvimento do sistema imunológico. Restam poucos desses micróbios por pelo menos cinco dias após o nascimento - isso, de acordo com Wilms, é o suficiente para levar a consequências de longo prazo para a imunidade.

Depois de algum tempo, geralmente no primeiro aniversário, os microbiomas das crianças de ambos os grupos adquirem semelhanças. No entanto, segundo Wilms, a diferença observada nos primeiros dias de vida faz com que, no corpo dos bebês nascidos de cesariana, a imunização primária não passe, durante a qual as células do sistema imunológico aprendem a responder corretamente às influências externas. Isso provavelmente explica por que essas crianças têm maior probabilidade de desenvolver uma variedade de problemas relacionados ao funcionamento do sistema imunológico, incluindo alergias, inflamação e obesidade. De acordo com Wilms, talvez no futuro as "cesarianas" recebam probióticos, criados a partir de cepas da bactéria materna, para povoar seu sistema digestivo de micróbios benéficos.

Infância

As alergias alimentares tornaram-se tão comuns que algumas escolas impuseram restrições aos alimentos que as crianças podem levar de casa (por exemplo, não podem trazer barras de amendoim ou sanduíches de geleia) para que alguns colegas não desenvolvam alergias. Nos Estados Unidos, 5,6 milhões de crianças sofrem de alergia alimentar, ou seja, há pelo menos duas a três dessas crianças em cada classe.

São citados vários motivos que podem levar à disseminação de alergias, incluindo um aumento no número de bebês nascidos por cesariana e o uso excessivo de antibióticos que podem destruir as bactérias que nos protegem. Katherine Nagler e seus colegas da Universidade de Chicago decidiram testar se a disseminação de alergias alimentares entre crianças está relacionada à composição de seu microbioma. No ano passado, eles publicaram os resultados de um estudo que envolveu oito crianças de seis meses, metade das quais era alérgica ao leite de vaca. Descobriu-se que os microbiomas dos representantes dos dois grupos são bastante diferentes: nos intestinos de bebês saudáveis havia bactérias típicas para o desenvolvimento adequado de crianças de sua idade, e bactérias mais características de adultos foram encontradas em quem sofre de doença de vaca. alergias ao leite.

Em crianças alérgicas, disse Nagler, a transição geralmente lenta do microbioma infantil para o adulto "ocorreu em uma taxa anormal".

Nagler e seus colegas transplantaram (por meio de transplantes fecais) as bactérias intestinais de “seus” bebês em camundongos, nascidos de cesariana e criados em condições estéreis, ou seja, completamente livres de micróbios. Descobriu-se que apenas ratos transplantados de bebês saudáveis não apresentaram reação alérgica ao leite de vaca. Outros, como seus doadores, tornaram-se alérgicos.

Estudos posteriores mostraram que o principal papel na proteção do primeiro grupo de camundongos, aparentemente, era desempenhado por bactérias de uma espécie, encontrada apenas em crianças: Anaerostipes cacca do grupo Clostridia. Clostridia também previne alergias ao amendoim, Nagler e seus colegas descobriram em um estudo.

Nagler, presidente e cofundador da startup farmacêutica ClostraBio, com sede em Chicago, espera testar o potencial terapêutico da cacca Anaerostipes em ratos de laboratório e depois em pessoas alérgicas. A primeira tarefa era encontrar um local nos intestinos onde uma tropa de bactérias benéficas pudesse pousar. Mesmo em um microbioma não saudável, diz Nagler, todos os nichos já estão preenchidos; de modo que, para que Clostridia crie raízes em um novo lugar, você precise expulsar os habitantes anteriores. Portanto, a ClostraBio criou um medicamento que desobstrui um determinado nicho do microbioma. Nagler e seus colegas "prescrevem" a camundongos e depois os injetam com vários tipos de Clostridia, além de fibra alimentar que promove a reprodução de micróbios. Nagler espera começar os testes clínicos de Clostridia em humanos nos próximos dois anos e, eventualmente, criar um medicamento para crianças com alergia alimentar.

Os micróbios intestinais também podem estar associados a outras doenças em crianças, incluindo diabetes tipo I. Na Austrália, os cientistas analisaram amostras de fezes de 93 crianças cujos parentes sofriam de diabetes e descobriram que aqueles que desenvolveram a doença tinham níveis aumentados de enterovírus A nas fezes. No entanto, um dos experimentadores, W. Ian Lipkin, da Meilmanovskaya A Escola de Saúde Pública da Universidade de Columbia adverte os colegas contra tirar conclusões precipitadas de que as causas de certas doenças são devidas exclusivamente a diferenças no microbioma. “Tudo o que sabemos com certeza”, diz ele, “é que certos micróbios estão de alguma forma ligados a certas doenças”.

Ainda assim, Lipkin está entusiasmado com o futuro da ciência do microbioma. De acordo com sua previsão, nos próximos cinquenta anos, os cientistas revelarão o mecanismo de efeito do microbioma no corpo e iniciarão testes clínicos em humanos para demonstrar como a saúde pode ser melhorada pela “edição” do microbioma.

Juventude

Muitos adolescentes têm predisposição à acne - e parece haver um fenômeno chamado "microbioma sebáceo". A pele dos rapazes é especialmente receptiva a duas cepas da bactéria Cutibacterium acnes associada à acne. A maioria das cepas dessa bactéria é segura ou mesmo benéfica porque inibe o crescimento de micróbios patogênicos; na verdade, essa bactéria é o principal componente do microbioma normal da face e do pescoço.

No entanto, uma cepa ruim pode causar muitos danos: sua presença, segundo Amanda Nelson, dermatologista da University of Pennsylvania College of Medicine, é um dos pré-requisitos para o desenvolvimento da inflamação. Entre outras razões para o desenvolvimento da doença, os cientistas chamam o sebo (produzido pelas glândulas sebáceas para hidratar a pele), que funciona como um viveiro de C. acnes, folículos pilosos e tendência à inflamação. Tudo funciona junto e, segundo Nelson, ainda não sabemos o que é mais importante.

Pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade de Washington examinaram o microbioma das glândulas sebáceas e descobriram que o único tratamento de acne de longa duração, a isotretinoína (conhecida por vários nomes comerciais), funciona em parte alterando o microbioma da pele, aumentando a diversidade geral de micróbios, entre os quais são mais difíceis para as cepas prejudiciais se enraizarem.

Agora que os cientistas aprenderam que a isotretinoína funciona alterando a composição do microbioma, eles podem tentar criar outras drogas com o mesmo efeito, mas com sorte mais seguras - afinal, a isotretinoína pode levar a defeitos congênitos em crianças se as mães tomarem a droga durante durante a gravidez.

Maturidade

E se você pudesse fazer mais com seus treinos simplesmente pegando emprestado os micróbios intestinais de um atleta? Esta pergunta foi feita por cientistas da Universidade de Harvard. Por duas semanas, eles coletaram amostras de fezes diárias de 15 corredores que participaram da Maratona de Boston de 2015 - começando uma semana antes da corrida e terminando uma semana depois - e compararam-nas com amostras de fezes coletadas de dez pessoas no grupo de controle também ao longo de dois semanas. sem funcionar. Os pesquisadores descobriram que alguns dias após a maratona, as amostras colhidas dos corredores continham significativamente mais bactérias Veillonella atypica do que as do grupo de controle.

“Essa descoberta explica muito, porque Veilonella tem um metabolismo único: sua fonte de energia favorita é o lactato, o sal do ácido lático”, disse Aleksandar Kostić, do Joslin Diabetes Research Center e Harvard Medical School. “E pensamos: talvez a Veilonella decomponha o lactato muscular no corpo do atleta?” E, se assim for, será possível, ao apresentar suas variedades a pessoas distantes dos esportes profissionais, aumentar sua resistência?

Em seguida, os cientistas abordaram ratos de laboratório: Veilonella, isolada das fezes de um dos corredores, foi injetada em 16 ratos com um microbioma normal testado para patógenos. Os indivíduos foram então colocados em uma esteira e forçados a correr até a exaustão. O mesmo foi feito com 16 camundongos de controle; apenas eles foram injetados com bactérias que não consomem lactato. Descobriu-se que os ratos "infectados" com Veilonella duraram muito mais tempo do que os animais de controle, o que significa, acreditam os pesquisadores, que o microbioma pode desempenhar um papel crítico na manutenção do desempenho.

De acordo com Kostich, esse experimento é "um exemplo maravilhoso do que a simbiose nos oferece". A Veilonella prospera quando uma pessoa, sua portadora, como resultado da atividade física produz lactato, do qual se alimenta, e, por sua vez, beneficia a pessoa ao converter lactato em propionato, o que afeta o desempenho do hospedeiro, porque, entre outras coisas, aumenta a frequência das contrações do coração e melhora o metabolismo do oxigênio e também, possivelmente, evita o desenvolvimento de inflamação nos músculos.

“Esse tipo de relação parece estar por trás da maioria das interações entre os humanos e o microbioma”, explica Kostich. “Em última análise, a relação entre eles é tão mutuamente benéfica.”

O microbioma também pode ser responsável pelas características menos agradáveis da natureza humana, incluindo condições mentais como ansiedade e depressão. Em 2016, cientistas da National University of Ireland em Cork publicaram os resultados de um estudo sobre a influência do microbioma no desenvolvimento da depressão. Os pesquisadores dividiram 28 ratos de laboratório em dois grupos. O grupo experimental recebeu transplantes de microflora intestinal de três homens que sofriam de depressão severa, e o grupo controle - de três homens saudáveis.

Descobriu-se que o microbioma intestinal de pessoas que sofrem de depressão mergulha na depressão e nos ratos. Em comparação com animais de controle, eles mostraram uma perda de interesse em atividades que trazem prazer (em ratos, isso é determinado pela frequência com que eles querem beber água doce) e aumento da ansiedade, expressa em seu desejo de evitar áreas abertas ou desconhecidas do laboratório labirinto.

Dada a grande diferença entre ratos e humanos, os pesquisadores observam que seu estudo fornece novas evidências de que o microbioma intestinal pode desempenhar um papel na depressão. Mais cedo ou mais tarde, eles dizem, pode chegar o dia em que a depressão e outros distúrbios semelhantes serão combatidos, inclusive visando certas bactérias no corpo humano.

Velhice

O microbioma é resiliente e fluido ao mesmo tempo. Sua estrutura única é amplamente formada pelos quatro anos de idade, e apenas fatores muito significativos podem realmente afetá-la - por exemplo, uma mudança na dieta, a intensidade da atividade física ou o tempo gasto ao ar livre, a mudança para um novo local de residência, o uso de antibióticos e alguns outros medicamentos. No entanto, em certo sentido, o microbioma está em fluxo constante, mudando sutilmente a cada refeição. Em adultos, essas mudanças são tão previsíveis que sua idade pode ser determinada aproximadamente, apenas familiarizando-se com o conjunto de bactérias que vivem no intestino.

Essa técnica, conhecida como "determinação da idade pelo relógio do microbioma do envelhecimento", requer a ajuda da inteligência artificial, como em um experimento conduzido recentemente pela startup Insilico Medicine, de Hong Kong. Os cientistas coletaram informações sobre os microbiomas de 1165 pessoas da Europa, Ásia e América do Norte. Um terço deles tinha 20-30 anos, outro terço - 40-50 e o último - 60-90 anos.

Os cientistas, ao marcar a idade de seus portadores, submeteram os dados de 90 por cento dos microbiomas à "interpretação por computador" e, em seguida, aplicaram os padrões identificados pela inteligência artificial aos microbiomas dos dez por cento restantes das pessoas cuja idade não foi marcada. Foi possível estabelecer sua idade com um erro de apenas quatro anos.

O que significa "editar" seu microbioma e viver em paz? Infelizmente, mesmo os maiores entusiastas da ciência do microbioma dizem que é difícil tirar conclusões precisas sobre a relação entre o microbioma e a saúde humana até agora, e insistem que muito cuidado deve ser tomado na transição para o tratamento com enxertos bacterianos.

Muitos agora estão delirando sobre o potencial da microbiota para ser usada como medicamento, diz Paul Wilms, da Universidade de Luxemburgo, observando que as empresas farmacêuticas estão desenvolvendo novos probióticos para equilibrar o microbioma.

“Antes de podermos realmente fazer isso certo e de forma inteligente”, diz Wilms, “precisamos entender em detalhes o que é um microbioma saudável e exatamente como ele afeta o corpo humano. Acho que ainda estamos muito longe disso."

Micróbios dentro de nós

• cólon - 38 quintilhões
• placa - 1 quintilhão
• pele - 180 bilhões
• saliva - 100 bilhões
• intestino delgado - 40 bilhões
• estômago - 9 milhões

Veja o microbioma

Todas as imagens deste artigo foram obtidas por Martin Eggerly usando um microscópio eletrônico de varredura: as amostras foram secas, átomos de ouro foram pulverizados sobre elas e colocados em uma câmara de vácuo. O comprimento de onda do feixe de elétrons do microscópio é mais curto do que a luz visível, então o feixe "destaca" os menores objetos, mas fora do espectro de cores. Micróbios fortemente tingidos, cuja cor é conhecida, nessas cores, em outros casos ele escolheu uma gama diferente para que os micróbios e seus traços característicos pudessem ser distinguidos.