Como funciona o projeto Microbioma Humano

Apenas um problema. Nós somos os micróbios que estamos combatendo.

Nosso microbioma – a coleção de micróbios e seu material genético que vive dentro e sobre o corpo – está tão cheio de bactérias, vírus e até fungos que nossas células humanas representam apenas 10% das células do nosso corpo [fonte: Yang ]. Se você engasgou ao saber que as cepas de Escherichia coli estão vivendo no balcão da sua cozinha, ficará muito chateado quando perceber que elas também estão vivendo felizes em seu intestino. Se você se sente envergonhado com as culturas vivas de Lactobacillus em seu iogurte , provavelmente ficará infeliz ao saber que há uma população próspera colonizando sua vagina (ou a de alguém próximo e querido por você).

Mas mesmo com a enorme densidade e importância do nosso microbioma, realmente sabemos pouco sobre ele. Embora estejamos cientes de que algo como uma abundância da bactéria Clostridium difficile no intestino pode causar problemas de saúde fatais, não temos certeza de como é um intestino saudável. Assim, os cientistas estão tentando não apenas determinar como nossos amigos microbianos podem nos ajudar ou prejudicar, mas também estabelecer uma linha de base para um microbioma normal. Muito parecido com o Projeto Genoma Humano que mapeou a totalidade dos genes humanos, o Projeto Microbioma Humano procura identificar toda a nossa paisagem microbiana.

E esses micróbios não são apenas parasitas. Estamos hospedando mais bactérias do que nossa própria carne, sangue, músculo - você escolhe. Claro, as células microbianas são na verdade de um décimo a um centésimo do tamanho de uma célula humana, então não é como se estivéssemos carregando muito peso extra... certo [fonte: Kolata ]? Não, todos nós estamos carregando uma quantidade substancial de 2 a 5 libras (0,9 a 2,3 quilogramas) de bactérias até mesmo no corpo mais magro (ou mais limpo?) (A Dieta Antibacteriana de Hollywood certamente está a caminho.)

Então junte suas bactérias, seus fungos, suas archaea e protozoários perto do fogo para aprender como funciona o Projeto Microbioma Humano.

1. Conhecendo seu microbioma
2. O projeto: esfregando centenas de humanos
3. As descobertas (também conhecidas como você pode aprender muito com seus micróbios)

Antes de entrarmos no Projeto Microbioma Humano, vamos rever o que esses cientistas estão estudando. Micróbio é uma daquelas palavras que ouvimos e pulamos alegremente, pensando que é apenas um termo genérico para algo pequeno e vagamente bacteriano. O que, ao que parece, é meio preciso.

Embora as bactérias certamente representem uma grande parte do nosso microbioma, alguns outros micróbios menos conhecidos também compõem nosso grupo microbiano. Veja as archaea , que são tão parecidas com as bactérias que, por muito tempo, os cientistas presumiram que eram bactérias. Não tão. Eles realmente têm diferentes aminoácidos e açúcares e uma estrutura genética diferente. Uma vez que se pensava residir apenas em ambientes extremos , as archaea foram encontradas nas membranas mucosas orais, intestinais e vaginais de humanos.

Então você tem protozoários , que às vezes chamamos de "germes" porque alguns tipos podem causar disenteria ou malária , mas são um pouco maiores que as bactérias. E não vamos esquecer o fungo entre nós, que pode cobrir a pele sem muita consequência – ou se mover para o território da infecção. Os vírus também fazem parte do nosso microbioma, mas não pense que eles estão apenas esperando as mãos sujas para pegar um resfriado.

Na verdade, nossos micróbios em grande parte não são hóspedes preguiçosos pegando carona em nosso corpo. Eles poderiam ser mais apropriadamente comparados aos funcionários bem administrados de uma propriedade fabulosa. Por exemplo, uma das funções mais importantes dos vírus no microbioma é infectar bactérias, alterando a forma como as bactérias funcionam ou quanto existe. Portanto, é útil pensar que os vírus trabalham com (ou contra) a função bacteriana em nosso corpo [fonte: Williams ].

Quando estiver resfriado e contra os germes, lembre-se de que sem micróbios você não pode comer ou respirar. Embora não estejam no corpo, as bactérias fotossintéticas na água produzem metade do nosso oxigênio [fonte: Universidade de Utah ]. Os micróbios embalam nosso sistema para ajudar na digestão e sintetizar vitaminas, e você pode estar animado para relatar em seu próximo jantar que metade de suas fezes não são restos de comida, mas biomassa microbiana que é rapidamente reabastecida em seu intestino [fonte: Kolata ]. Os bons afastam a infecção ou micróbios causadores de doenças e fortalecem nosso sistema imunológico e - como estamos aprendendo, cortesia do Projeto Microbioma Humano - fazem muito mais.

Então agora que sabemos o que estamos estudando, vamos pular para o próprio Projeto Microbioma Humano. Financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA, a primeira fase foi programada para um cronograma de cinco anos e incluiu a obtenção de amostras do microbioma humano e o desenvolvimento de um conjunto de referência de sequências do genoma microbiano (a meta era de 3.000 sequências). A segunda fase (2013-2015) envolve o desenvolvimento de uma espécie de catálogo de conjuntos de dados do microbioma para ajudar a comunidade científica a pesquisar e estudar doenças e saúde. Eles também têm a tarefa mais ampla e desafiadora de investigar a conexão entre a comunidade microbiana de uma pessoa e várias doenças e condições.

Por que isso não foi feito antes? A tecnologia não existia. Não havia realmente uma maneira de os cientistas estudarem os residentes do microbioma porque eles não podiam ser cultivados ou isolados em um ambiente de laboratório. Mas com o avanço do sequenciamento de DNA e da tecnologia, os cientistas conseguiram isolar o material genético das comunidades microbianas sem precisar cultivá-los [fonte: NIH ]. E assim o projeto começou em 2007 com um orçamento de US$ 170 milhões e uma tarefa bastante simples: coletar amostras de um número grande o suficiente de pessoas saudáveis ​​para determinar uma linha de base ou estrutura do que um microbioma humano implica.

A primeira fase começou com o recrutamento de voluntários considerados "saudáveis". Isso não foi fácil: 600 indivíduos entre 18 e 40 anos foram trazidos, mas após exames rigorosos (para coisas como cáries e infecções fúngicas , bem como saúde geral), mais da metade foi rejeitada. Duzentos e quarenta e dois indivíduos de Houston, Texas, e St. Louis, Missouri, finalmente atenderam aos critérios e foram os sortudos a serem examinados em vários lugares em vários momentos e, em seguida, terem seu bioma sequenciado por mais de 200 cientistas em 80 instituições diferentes [fonte: Kolata ].

Cada homem foi amostrado em 15 lugares e cada mulher em 18 (para levar em conta o ambiente microbiano da vagina), cada um até três vezes ao longo de dois anos. As amostras incluíram áreas do intestino (retiradas das fezes), nariz e vários lugares na boca e na pele.

Ao longo do estudo, mais de 11.000 amostras foram obtidas, e os cientistas conseguiram sequenciar parte do material de RNA para identificar os micróbios, bem como determinar o tamanho da população [fonte: Baylor College of Medicine ]. Até agora, 800 das amostras passaram por uma sequência completa do genoma [fonte: Baylor College of Medicine ]. O projeto gerou colossais 3,5 trilhões de bytes de dados, mil vezes mais do que o Projeto Genoma Humano [fonte: Baylor College of Medicine ].

O financiamento do National Institutes of Health Common-Fund foi usado até 2013, mas o projeto começou a se financiar por meio de 16 institutos do NIH participantes [fonte: Mole ]. Os cientistas ainda estão estabelecendo protocolos de amostragem mais rígidos e tentando encontrar uma base de suporte técnico e recursos.

uBioma

Quer estar em primeiro nome com a população do seu microbioma? Por US $ 89, o uBiome informa quais micróbios estão em seu microbioma pessoal e informa o que sabemos até agora sobre as bactérias que chamam você de lar. Você também pode comparar seus dados (anonimamente) com outros. Visite uBiome.com para saber mais.

Com os trilhões e trilhões de bytes de dados gerados pelo Projeto Microbioma Humano, você pode apostar que as descobertas não são difíceis de encontrar. Uma das primeiras - e mais chocantes - descobertas foi que, com base no conteúdo genético das amostras, pode haver quase 8 milhões de genes microbianos únicos em todo o corpo dos adultos estudados. Isso é centenas de vezes mais do que o genoma humano contribui para o corpo [fonte: Yang ]. Eles também descobriram que mesmo essas pessoas saudáveis ​​​​tinham micróbios que poderiam causar problemas em um sistema imunológico enfraquecido , mas pareciam felizes em sair inofensivamente na maioria dos casos. Isso significa que bactérias como estafilococos e E. coli estão presentes em pessoas normais, mas não necessariamente apresentam uma infecção.

Ainda mais legal: nenhum micróbio estava presente em todas as pessoas, o que também parece implicar que não existe um microbioma "normal". Eles também descobriram que os micróbios eram mais semelhantes no mesmo local de diferentes indivíduos. (O que significa que entre duas pessoas, as comunidades microbianas na pele, por exemplo, eram mais parecidas do que as comunidades microbianas em locais diferentes em uma pessoa.) Mas bactérias diferentes podem estar desempenhando a mesma função em indivíduos diferentes: enquanto duas pessoas podem digerir carboidratos igualmente bem, podem ser duas espécies diferentes de bactérias que estão fazendo o trabalho em cada pessoa [fonte: Baylor College of Medicine ].

Estudar o microbioma humano (e usar os dados do projeto) já levou a alguns resultados fascinantes. Um estudo de 2012 descobriu que o microbioma vaginal muda significativamente com a gravidez. Lactobacillus johnsonii é uma espécie de bactéria normalmente encontrada no intestino para ajudar a digerir o leite, mas floresce na vagina quando a mulher está grávida. Os cientistas levantam a hipótese de que um bebê que passa pelo canal vaginal - e encontra micróbios pela primeira vez - pode usar esses micróbios para ajudar na digestão do leite materno desde o início [fonte: Zimmer]. Há também algumas hipóteses de que um parto vaginal, que expõe o bebê imediatamente a micróbios intestinais, vaginais e da pele, pode ser mais ideal para o sistema imunológico de um bebê do que uma cesariana estéril. Um estudo em Porto Rico está estudando se o esfregaço de bebês de cesariana com secreções vaginais logo após o nascimento pode contribuir para uma colônia bacteriana resistente [fonte: Gitig ].

E não vamos esquecer que estudar as bactérias levará a uma melhor compreensão dos antibióticos e da resistência bacteriana. Não é mais viável supor que as bactérias "boas" irão repovoar automaticamente após o "corte e queima" que ocorre quando um antibiótico é introduzido. Os cientistas estão pensando em ambientes microbianos que precisam de poda e promoção cuidadosas. Em vez de dar antibióticos para matar o estafilococo, uma alternativa pode ser aplicar um creme do qual as bactérias boas possam se alimentar para ajudar a derrubar os intrusos do estafilococo [fonte: Zimmer ].

Para saber muito mais sobre os amigos microbianos que andam de graça com você, confira a próxima página para mais informações.

Mais descobertas microbianas

Houve algumas descobertas microbianas nos últimos anos, graças em parte ao Projeto Microbioma Humano. Uma foi a introdução de transplantes fecais para tratar pacientes infectados por C. difficile ; os cientistas agora esperam que um tipo específico de bactéria possa ser administrado [fonte: Gitig ]. Os cientistas também descobriram que uma certa cepa de bactérias é elevada em pacientes com periodontite, o que nos permite ter uma melhor compreensão da saúde bucal [fonte: NIH]. Os pesquisadores também estão estudando por que, quando as bactérias intestinais de camundongos obesos são transferidas para suas contrapartes mais magras, os camundongos mais magros ganham peso. Estudos agora estão mostrando que o microbioma dos camundongos mais gordos pode mudar a forma como o corpo usa o açúcar para armazenamento de energia e gordura [fonte: Zimmer ].

Nota do autor: como funciona o projeto do microbioma humano

É difícil não ficar fascinado pelo fato de que nossos corpos não são realmente nossos, mas requerem um elaborado sistema de criaturas vivas para nos ajudar a passar o dia. Lembrar que os micróbios podem viver felizes sem nós, mas estaríamos mortos sem os micróbios pode nos permitir nutrir e proteger o sistema que nos nutre e protege.

Artigos relacionados