A incrível variabilidade ​​ de bactérias que vivem na boca

Em muitos casos, a equipe foi capaz de identificar uma porção de genes que podem explicar a especificidade do habitat de um determinado grupo de bactérias.

As bactérias frequentemente apresentam bio-geografia muito forte - algumas bactérias são abundantes em determinados locais  e  ausentes noutros - levando a grandes questões ao aplicar a microbiologia a terapêuticas ou probióticos: como é que  as bactérias entraram no lugar errado?

Como podemos adicionar a bactéria certa no lugar certo quando a bio-geografia está “fora de controle”?

Essas questões, no entanto, têm um grande obstáculo: as bactérias são tão pequenas e numerosas, com populações muito diversas e complicadas, o que cria grandes desafios para a compreensão de quais subgrupos de bactérias onde vivem  e quais os genes ou capacidades metabólicas permitem que  prosperem nesses lugares "errados" .

Em um novo estudo publicado na Genome Biology, pesquisadores liderados pela Harvard University examinaram o microbioma oral humano e descobriram uma impressionante variabilidade nas sub-populações bacterianas que vivem em certas áreas da boca.

"Como ecologistas microbianos, somos fascinados por como as bactérias podem aparentemente dividir qualquer habitat em vários nichos, mas, como seres humanos, também temos essa curiosidade inata sobre como os micróbios se padronizam nos nossos corpos", disse o autor principal Daniel R. Utter, Doutorando do Department of Organismic and Evolutionary Biology, Harvard University.

Desenvolvimentos recentes em abordagens de sequenciamento e bio-informática têm mostrado novas maneiras de desvendar a complexidade das comunidades bacterianas. Utter e Colleen Cavanaugh, Edward C. Jeffrey Professor de Biologia do Department of Organismic and Evolutionary Biology, Harvard University, se uniram-se a pesquisadores do Marine Biological Laboratory, Woods Hole, da Chicago University e do Instituto Forsyth para aplicar esses abordagens de sequenciamento e análise de última geração para obter uma imagem melhor do microbioma oral.

"A boca é o lugar perfeito para estudar as comunidades microbianas", de acordo com o co-autor A. Murat Eren, professor assistente do Department of Medicine at the University of Chicago. "Não é apenas o início do trato gastrointestinal, mas também é um ambiente muito especial e pequeno que é microbianamente diverso o suficiente para que possamos realmente começar a responder a perguntas interessantes sobre microbiomas e sua evolução."

A boca contém uma quantidade surpreendente de micróbios específicos do local em diferentes áreas. Por exemplo, os micróbios encontrados na língua são muito diferentes dos micróbios encontrados na placa dentária. "Os micróbios da sua língua são mais semelhantes aos que vivem na língua de outra pessoa do que àqueles que vivem na sua garganta ou gengivas” disse Eren.

A equipe vasculhou bancos de dados públicos e baixou 100 genomas que representavam quatro espécies de bactérias comumente encontradas na boca, Haemophilus parainfluenzae e as três espécies orais do género Rothia, e  usou-os como referências para investigar seus parentes em amostras de centenas de bocas de voluntários do Projeto Microbioma Humano (HMP).

"Usamos esses genomas como ponto de partida, mas rapidamente fomos além  para sondar a variação genética total entre os trilhões de células bacterianas que vivem nas nossas bocas", disse Utter. 

Usando a abordagem desenvolvida recentemente chamada metapangenomics, que combina pangenomes (a soma de todos os genes encontrados num conjunto de bactérias relacionadas) com metagenómica (o estudo do DNA total proveniente de todas as bactérias numa comunidade), permitiu aos pesquisadores conduzir um exame aprofundado dos genomas dos micróbios o que levou a uma descoberta chocante.

"Encontramos uma enorme variabilidade", disse Utter. "Mas ficamos chocados com o padrão dessa variabilidade nas diferentes partes da boca; especificamente, entre a língua, bochecha e superfícies dos dentes."

Por exemplo, numa única espécie de micróbio, os pesquisadores encontraram formas genéticas distintas fortemente associadas a um único local diferente dentro da boca. Em muitos casos, a equipe foi capaz de identificar um punhado de genes que podem explicar o habitat específico de um determinado grupo de bactérias. Aplicando a metapangenómica, os pesquisadores também foram capazes de identificar maneiras específicas pelas quais as bactérias de vida livre na boca das pessoas diferiam de seus parentes criados em laboratório.

“A resolução proporcionada por essas técnicas - por meio da comparação direta de genomas de bactérias 'domesticadas' e 'selvagens' - permite-nos dissecar essas diferenças gene por gene”, observa Cavanaugh. "Também fomos capazes de identificar novas cepas bacterianas relacionadas, mas diferentes daquelas que temos em cultura."

"Tendo identificado alguns candidatos bacterianos realmente fortes que podem determinar a adaptação a um habitat particular, gostaríamos de testar experimentalmente essas hipóteses", disse Cavanaugh. Essas descobertas podem ser a chave para desbloquear probióticos direcionados, onde os cientistas podem usar o que foi aprendido sobre os requisitos do habitat de cada micróbio para projetar micróbios benéficos para colonizar um habitat especifico.

"A boca é tão facilmente acessível que as pessoas  trabalham nas bactérias orais há muito tempo", disse a co-autora Jessica Mark Welch, cientista associada do Marine Biological Laboratory.

"Cada ambiente que olhamos tem essas comunidades realmente complicadas e complexas de bactérias, mas porquê?”  "Entender por que é que essas comunidades são tão complexas e como as diferentes bactérias interagem  ajudará a entender melhor como alterar uma comunidade bacteriana que está a prejudicar a  nossa saúde, sabendo  quais os micróbios que precisam ser removidos ou adicionados de volta."

Este estudo e outros semelhantes podem fornecer novos insights sobre o papel dos micróbios orais na saúde humana. "A capacidade de identificar genes específicos por trás da adaptação do habitat tem sido uma espécie de 'Santo Graal' na ecologia microbiana", disse Utter. "Estamos muito entusiasmados com as nossas contribuições nesta área!"

Fonte: ScienceDaily/Harvard University, Department of Organismic and Evolutionary Biology

Artigo original:  www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201218165105.htm