Cientistas de Stanford constroem primeiro microbioma humano sintético do zero

NA, 11/09/2022 

Por Rich Haridy 

Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Stanford construiu o primeiro modelo sintético de microbioma, construído inteiramente do zero e abrangendo mais de 100 espécies bacterianas diferentes. Espera-se que a conquista revolucione a pesquisa do microbioma intestinal, oferecendo aos cientistas um modelo de trabalho consistente para experimentos futuros.

Trilhões de micróbios vivem dentro de nossas entranhas. Talvez uma das descobertas mais significativas da ciência médica nas últimas décadas tenha sido a profundidade com que esses micróbios influenciam nossa saúde geral. Desde afetar a eficácia das drogas (medicamentos) que consumimos, até modular nosso sistema imunológico, o microbioma intestinal desempenha um papel poderoso em todos os aspectos de nossa saúde.

Também é incrivelmente complexo. Duas pessoas não compartilham exatamente a mesma composição do microbioma intestinal. E enquanto os pesquisadores frequentemente se concentram em maneiras pelas quais bactérias específicas influenciam os mecanismos metabólicos, tem sido difícil traduzir essas descobertas em terapias clínicas reais para humanos.

Michael Fischbach, autor correspondente do novo estudo, disse que a base para esta pesquisa foi a percepção de que a ciência precisa de algum tipo de modelo objetivo de microbioma intestinal para que os estudos possam entender melhor quais intervenções específicas levam a resultados benéficos para a saúde. Fischbach disse que existem dois fatores motivacionais específicos que sustentam esta pesquisa que já dura mais de cinco anos.

“Primeiro, ficamos intrigados com experimentos em que uma amostra fecal (completa, indefinida) foi transplantada humano->camundongo e um fenótipo apareceu para o passeio (por exemplo, resposta ao anti-PD1). Fascinante, mas difícil de descobrir quais cepas/genes estão envolvidos”, explicou ele no Twitter. “Segundo, estamos interessados ​​na química do microbioma, com ênfase nos mecanismos. Ficamos insatisfeitos com experimentos em que colonizamos camundongos com comunidades definidas, mas incompletas (para testar o mecanismo de uma molécula); eles muitas vezes não conseguem recapitular a fisiologia normal.”

Então, o primeiro passo foi vasculhar as massas de pesquisas anteriores do microbioma humano para chegar a uma pequena lista das bactérias mais prevalentes encontradas na maioria das pessoas. A equipe de pesquisa se concentrou em 104 espécies bacterianas e apelidou essa primeira iteração do microbioma de hCom1.

We colonized germ-free mice w/ hCom1 and found that it was stable over time. Its species span 6 orders of magnitude of relative abundance: from ~10% to less than 1 in 1,000,000. @SunitJain built a high-accuracy tool, NinjaMap, that was essential for the enumeration analyses. 7/22 pic.twitter.com/HSJi7agZ4f

— Michael Fischbach (@mfgrp) September 6, 2022

Depois de cultivar cada espécie bacteriana individualmente e depois misturá-las, os pesquisadores introduziram o hCom1 em camundongos livres de germes, animais desenvolvidos para abrigar nenhum microbioma natural. Incrivelmente, o hCom1 era um ecossistema microbiano estável quando transplantado para os camundongos. Enquanto algumas espécies bacterianas se tornaram mais prevalentes do que outras, as espécies 100ish encontraram um equilíbrio relativamente estável e os animais foram metabolicamente normais.

O próximo passo foi preencher as lacunas bacterianas que provavelmente faltavam na composição microbiana original. Para fazer isso, os pesquisadores desafiaram camundongos hCom1 com uma amostra de fezes humanas. Com base em uma teoria chamada resistência à colonização, os pesquisadores levantaram a hipótese de que quaisquer nichos bacterianos não preenchidos em hCom1 seriam preenchidos por esses novos invasores.

Mas Fischbach observou que nem todos achavam que essa parte do experimento funcionaria. Alguns acreditavam que a amostra fecal humana ultrapassaria completamente essa comunidade artificial de bactérias que os pesquisadores haviam coletado.

"As espécies bacterianas em hCom1 viveram juntas por apenas algumas semanas", explicou Fischbach. "Aqui estávamos nós, apresentando uma comunidade (de bactérias) que conviveu por uma década. Algumas pessoas pensaram que iriam dizimar nossa colônia."

O desafio foi bem sucedido. Na maioria das vezes, a comunidade bacteriana reunida pelos pesquisadores resistiu à batalha com um microbioma humano.

Cerca de 20 novas espécies bacterianas colonizaram com sucesso hCom1, e um pequeno punhado de bactérias previamente selecionadas morreram. Em última análise, os pesquisadores catalogaram 119 cepas bacterianas, apelidando esta segunda geração de microbioma hCom2. Descobriu-se que esta comunidade de microbioma hCom2 funciona de forma tão eficaz quanto qualquer composição microbiana geral em camundongos.

“Os camundongos colonizados por hCom2 parecem imunologicamente normais, têm metabólitos derivados de microbiomas semelhantes e exercem resistência à colonização contra E. coli”, disse Fischbach. “Há melhorias a serem feitas, mas achamos que o hCom2 (em sua forma atual) é um bom sistema modelo do microbioma.”

E agora? Bem, Fischbach e sua equipe estão ansiosos para divulgar seu modelo de microbioma para o maior número possível de pesquisadores. Eles acreditam que o impacto real deste trabalho virá de pesquisas de outros cientistas, permitindo, pela primeira vez, um modelo consistente de microbioma para estudos a serem construídos.

Mais adiante, os pesquisadores vislumbram um futuro em que os pacientes recebam transplantes de comunidades de bactérias engenheiradas. Trabalhando para isso, Fischbach é diretor da recém-fundada Stanford Microbiome Therapies Initiative (MITI). A iniciativa melhorará seus modelos de microbioma.

O novo estudo foi publicado na Cell .

Fonte: Universidade de Stanford

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Fonte:https://newatlas.com/science/stanford-first-synthetic-human-microbiome-model/