As bactérias intestinais podem sentir o ambiente e isso é fundamental para a sua saúde
O microbioma intestinal, também chamado de flora intestinal, desempenha um papel vital na saúde humana. Esta comunidade enorme e em constante mudança de microrganismos 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 em microbiologia
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 vivem naturalmente no corpo humano. Essa lacuna deixou os pesquisadores se perguntando que tipo de informação química essas bactérias úteis estão realmente detectando em seu ambiente.
Uma equipa de investigação internacional liderada por Victor Sourjik decidiu responder a essa questão. O grupo incluiu cientistas do Instituto Max Planck de Microbiologia Terrestre, da Universidade de Ohio e da Philipps-University Marburg. Seu trabalho se concentrou nos Clostridia, um grupo de bactérias móveis encontradas em grande número no intestino humano e que são conhecidas por apoiar a saúde intestinal.
As bactérias intestinais detectam uma ampla gama de nutrientes
Os pesquisadores descobriram que os receptores do microbioma intestinal humano podem reconhecer uma gama surpreendentemente ampla de compostos metabólicos. Essas substâncias incluem produtos de degradação de carboidratos, gorduras, proteínas, DNA e aminas. Através de uma triagem sistemática, a equipe também identificou padrões claros. Diferentes tipos de sensores bacterianos mostraram preferências distintas para determinadas classes de produtos químicos.
Esta descoberta revelou que as bactérias intestinais não respondem aleatoriamente ao seu ambiente, mas estão sintonizadas selectivamente para sinais metabólicos específicos.
Lactato e Formato Destacam-se como Sinais Chave
Ao combinar experiências laboratoriais com análises bioinformáticas, os investigadores identificaram vários ligandos químicos que se ligam a receptores sensoriais que controlam o movimento bacteriano. Esses receptores ajudam as bactérias móveis a detectar nutrientes que são especialmente valiosos para o crescimento. Os resultados sugerem que o movimento destas bactérias é impulsionado principalmente pela procura de alimento.
Entre todos os produtos químicos testados, o ácido láctico (lactato) e o ácido fórmico (formato) apareceram com maior frequência como estímulos. Isto sugere que estes compostos podem servir como fontes de nutrientes especialmente importantes para as bactérias intestinais.
A alimentação cruzada apoia um microbioma saudável
Algumas bactérias intestinais podem produzir lactato e formar-se, destacando a importância da “alimentação cruzada”. Nesse processo, uma espécie bacteriana libera metabólitos que outras espécies utilizam como alimento. Este tipo de 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 no microbioma humano saudável”, explica Wenhao Xu, pesquisador de pós-doutorado no grupo de pesquisa de Victor Sourjik e primeiro autor do estudo.
Descoberta de novos receptores sensoriais
Através de uma 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 (um bloco de construção de RNA) e ácidos graxos de cadeia curta (SCFAs).
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. O sensor pertence a uma grande família de domínios sensoriais com diversas funções.
A evolução mostra flexibilidade notável
Ao examinar as relações evolutivas entre os sensores de uracila e os domínios sensoriais relacionados, a equipe descobriu que a especificidade do ligante pode mudar com relativa facilidade ao longo do tempo. Esta flexibilidade ajuda a explicar como as bactérias adaptam as suas capacidades sensoriais à medida que os seus ambientes mudam.
“Nosso projeto de pesquisa expandiu significativamente a compreensão das habilidades sensoriais das bactérias intestinais benéficas”, diz Victor Sourjik. “Até onde sabemos, esta é a primeira análise sistemática das preferências sensoriais de bactérias não-modelo que colonizam um nicho ecológico específico. Olhando para o futuro, nossa abordagem pode ser aplicada de forma semelhante para investigar sistematicamente as preferências sensoriais em outros ecossistemas microbianos.”
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