O microbioma intestinal, também chamado de flora intestinal, desempenha um papel vital na saúde humana. Esta vasta comunidade de microrganismos em constante mudança é moldada por inúmeras trocas químicas, tanto entre os próprios micróbios como entre os micróbios e o corpo humano. Para que essas interações funcionem, as bactérias intestinais devem ser capazes de detectar nutrientes e sinais químicos ao seu redor. Apesar da sua importância, os cientistas ainda sabem relativamente pouco sobre toda a gama de sinais que os receptores bacterianos podem reconhecer.
Uma questão fundamental permanece. Quais sinais químicos são mais importantes para as bactérias intestinais benéficas?
Indo além dos patógenos na pesquisa microbiológica
Até agora, muito do que os cientistas entendem sobre a detecção bacteriana veio do estudo de organismos modelo, especialmente bactérias causadoras de doenças. Muito menos atenção tem sido dada aos comensais, os micróbios não patogénicos ou benéficos que habitam naturalmente o corpo humano. Essa lacuna levou os pesquisadores a se perguntarem quais informações químicas essas bactérias benéficas estão realmente detectando em seu ambiente.
Um grupo de pesquisa internacional sob a liderança de Viktor Surzyk comprometeu-se a resolver esta questão. O grupo incluiu cientistas do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre, da Universidade Estadual de Ohio e da Universidade Phillips de Marburg. Seu trabalho se concentra nos clostrídios, um grupo de bactérias móveis abundantes no intestino humano e conhecidas por apoiar a saúde intestinal.
As bactérias intestinais detectam uma ampla gama de nutrientes
Os pesquisadores descobriram que os receptores no microbioma intestinal humano podem reconhecer uma gama inesperadamente ampla de compostos metabólicos. Essas substâncias incluem produtos de degradação de carboidratos, gorduras, proteínas, DNA e aminas. Através da seleção sistemática, a equipe também descobriu padrões claros. Diferentes tipos de sensores bacterianos mostraram preferências diferentes para classes específicas de produtos químicos.
Esta descoberta mostrou que as bactérias intestinais não respondem aleatoriamente ao ambiente, mas sintonizam-se selectivamente com certos sinais metabólicos.
Lactato e formato destacam-se como sinais-chave
Ao combinar experimentos de laboratório com análises de bioinformática, os pesquisadores identificaram vários ligantes químicos que se ligam aos receptores sensoriais que controlam o movimento bacteriano. Esses receptores ajudam as bactérias móveis a detectar nutrientes que são particularmente valiosos para o crescimento. Os resultados mostram que a movimentação dessas bactérias é impulsionada principalmente pela busca por alimento.
Entre todos os produtos químicos testados, o ácido láctico (lactato) e o ácido fórmico (formato) apareceram com maior frequência como irritantes. Isto sugere que estes compostos podem servir como fontes particularmente importantes de nutrientes para as bactérias intestinais.
A alimentação cruzada apoia um microbioma saudável
Algumas bactérias intestinais podem produzir lactato e formarem-se, destacando a importância da “alimentação cruzada”. Nesse processo, uma espécie de bactéria libera metabólitos que outras espécies utilizam como alimento. Esta cooperação ajuda a estabilizar o ecossistema intestinal.
“Esses domínios parecem ser importantes para as interações entre bactérias no intestino e podem desempenhar um papel fundamental em um microbioma humano saudável”, explica Wenhao Xu, pós-doutorado no grupo de pesquisa de Victor Surzyk e primeiro autor do estudo.
Descoberta de novos receptores sensoriais
Através da análise sistemática de múltiplos sensores, a equipe identificou vários grupos de domínios sensoriais até então desconhecidos. Esses sensores recém-caracterizados são específicos para lactato, ácidos dicarboxílicos, uracila (o bloco de construção do RNA) e ácidos graxos de cadeia curta (SCFA).
Os pesquisadores também determinaram a estrutura cristalina de um sensor duplo recém-descoberto que responde tanto ao uracil quanto ao acetato. Isto permitiu-lhes compreender como estas moléculas se ligam ao sensor a nível molecular. Um sensor pertence a uma grande família de domínios sensoriais com diferentes funções.
A evolução mostra flexibilidade notável
Ao investigar as relações evolutivas entre os sensores de uracila e os domínios de detecção associados, a equipe descobriu que a especificidade do ligante pode mudar com relativa facilidade ao longo do tempo. Essa flexibilidade ajuda a explicar como as bactérias adaptam suas habilidades sensoriais às mudanças nos ambientes.
“Nosso projeto de pesquisa expandiu muito a compreensão das habilidades sensoriais das bactérias intestinais benéficas”, diz Viktor Surzyk. “Até onde sabemos, esta é a primeira análise sistemática das preferências sensoriais de bactérias não-modelo que colonizam um nicho ecológico específico. No futuro, nossa abordagem pode ser aplicada de forma semelhante para investigar sistematicamente as preferências sensoriais em outros ecossistemas microbianos.”
