Como as bactérias ultra pequenas se adaptaram para viver dentro dos humanos

Algumas bactérias causam inflamação, levando à periodontite e outras doenças sistémicas, como doenças cardiovasculares e diabetes. Outros organismos orais têm sido associados a certos tipos de cancro. Os cientistas estão a trabalhar para entender como estes micróbios interagem entre si e com o nosso corpo para provocar os seus papéis individuais na saúde e na doença.

Entre as diversas espécies bacterianas que vivem dentro das nossas bocas está um grupo pertencente à Candidate Phyla Radiation (CPR). Estes organismos são especialmente misteriosos porque são ultra-pequenos, adotam um estilo de vida simbiótico único com as suas bactérias hospedeiras, e a maioria ainda não foi cultivada por cientistas e estudada em laboratório. As únicas bactérias dentro da RCP a serem examinadas em profundidade são um grupo chamado TM7, que foi cultivado pela primeira vez pelo investigador do Instituto Forsyth Dr. Xuesong He em 2014.

Num passo importante para uma melhor compreensão destas bactérias evasivas, o Dr. He e o seu colaborador, o Dr. Jeffrey S. McLean, da Universidade de Washington, desenvolveram um novo sistema de modelos utilizando a primeira estirpe TM7 oral humana isolada, TM7x, e a sua bactéria hospedeira, Actinomyces odontolyticus. Os investigadores usaram o sistema modelo para estudar experimentalmente estas bactérias minúsculas, testando uma hipótese de como o TM7 se adaptou a viver dentro dos humanos, e fornecendo dados empíricos para confirmar estudos genómicos anteriores. As suas conclusões foram publicadas recentemente na revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Cientistas encontraram TM7 em muitos ambientes diferentes, incluindo solo, águas subterrâneas e corpos de outros mamíferos. Estudos demonstraram que, embora mantendo um genoma notavelmente semelhante em geral, o TM7 encontrado nas bocas humanas é único daqueles em outros ambientes porque eles adquiriram um cluster genético codificando o sistema de desiminase da arginina, ou ADS.

"Isto foi intrigante para nós, uma vez que parece haver muito poucas mudanças genómicas que ocorreram neste grupo de bactérias minúsculas com genomas já pequenos à medida que transitaram do ambiente para os mamíferos", disse o Dr. McLean.

Os investigadores acham que o TM7 adquiriu a ADS como uma vantagem evolutiva para ajudá-los a adaptarem-se e sobreviverem na cavidade oral humana. Para testar esta hipótese, o Dr. Jing "Janet" Tian, primeiro autor do estudo, usou o sistema de modelos para investigar experimentalmente a função e o impacto da ADS na TM7x e na sua bactéria hospedeira. Ela Descobriu que a ADS ajudou o TM7x a quebrar a arginina, um processo que produz os compostos Adenosine triphosphate (ATP) e amoníaco. A abundância crescente de ATP e amoníaco beneficiou o TM7x aumentando a sua infeciosidade, ou capacidade de multiplicação. Também protegeu o TM7x e a sua bactéria hospedeira do stresse ácido, uma condição que os micróbios encontram frequentemente na cavidade oral humana devido ao ácido criado quando as bactérias se alimentam e metabolizam os hidratos de carbono dietéticos.

No final, a experiência mostrou que TM7x foram capazes de sobreviver no ambiente experimental por mais tempo do que podiam sem a adição de arginina, graças à ADS.

"A maioria dos estudos atuais sobre bactérias de RCP baseiam-se numa abordagem genómica independente da cultura. Usando este sistema de modelo bacteriano TM7, somos capazes de testar diretamente uma hipótese gerada pela análise do genoma, que ajuda a mover o campo de pesquisa de RCP de estudos focados no genoma para estudos orientados por hipóteses para entender melhor a sua biologia", disse o Dr. He.

"A produção de amoníaco através de ADS codificadas por TM7 eleva o nível de pH no microambiente oral humano, o que coloca uma questão intrigante sobre o papel do TM7 no desenvolvimento da cárie dentária", disse o Dr. Tian, Dentista Pediátrico do Hospital Universitário de Estomatologia de Pequim e estudioso visitante em Forsyth. Num estudo prévio de cárie dentária em crianças, o Dr. Tian descobriu que a abundância de TM7 aumentou significativamente após o tratamento das cáries. "Pensamos que isto indica que o TM7 pode estar mais associado a um estado livre de cáries, e estamos a planear fazer mais pesquisas nesta área", disse Dr. Tian.

Este estudo também adiciona a um corpo crescente de evidências de que as bactérias TM7 podem ter um papel mais protetor na saúde oral do que os investigadores inicialmente pensavam. Por exemplo, a abundância de TM7 aumenta drasticamente nas bocas de pacientes com doença periodontal, o que levou os cientistas a assumir que a bactéria contribuiu para a doença. Mas um estudo recente do Dr. Batbileg Bor em Forsyth mostrou o efeito oposto.

"Ainda estamos na fase inicial de compreender como cada um dos muitos tipos diferentes destas bactérias parasitárias ultra pequenas, que basicamente descobrimos dentro dos humanos, estão a afetar a saúde e a doença", disse o Dr. McLean.

"É por isso que é tão importante ter um sistema de modelos bacterianos não só para se obter uma melhor compreensão do estilo de vida único do TM7, mas testar experimentalmente se as hipóteses baseadas em estudos genómicos ou observação clínica realmente se mantém", disse. "Agora, temos um sistema de modelos manipulador para o TM7, que é realmente uma grande vantagem."

Fonte: ScienceDaily/Forsyth Institute

Artigo ScienceDaily