Serão as Bactérias "Boas" na nossa boca os novos lutadores probióticos contra as cáries?


Como Professora de Engenharia Química e Biomolecular na UC Berkeley, Zhang dedica-se a separar o trigo do joio no nosso microbioma oral. O seu foco é identificar as bactérias saudáveis e aquelas que provocam cáries, com o intuito de impulsionar as primeiras e promover um microbioma oral probiótico e robusto.
A nossa boca alberga um universo de centenas de espécies bacterianas distintas, muitas das quais se unem para formar a tão familiar placa nos dentes. Embora estudos anteriores se tenham debruçado sobre as espécies ligadas às cáries – as que produzem ácido e corroem o esmalte dentário – a realidade é mais complexa. Descobriu-se que nenhuma espécie é totalmente "boa" ou "má"; cada uma pode ter centenas de variedades, ou estirpes, com diferentes capacidades de promover cáries.
Em vez de focar nas espécies ou estirpes isoladas, Zhang e a sua equipa vasculham as sequências de ADN de todas as bactérias presentes na boca – o metagenoma – à procura de agrupamentos de genes associados às cáries.
Num artigo publicado a 19 de agosto na revista Proceedings of the National Academy of Sciences, a equipa revelou a descoberta de um desses agrupamentos genéticos. Este agrupamento é responsável pela produção de duas moléculas que, em conjunto, ajudam a comunidade bacteriana da boca – tanto as boas como as más – a aderir e a formar um biofilme resistente nos dentes.
O agrupamento genético foi identificado em algumas, mas não em todas, as estirpes de vários vilões orais conhecidos, incluindo o Streptococcus mutans – o principal culpado pela degradação dentária. Zhang vislumbra aqui uma oportunidade de "colocar" este agrupamento genético em bactérias benéficas para as ajudar a fixar-se melhor nos dentes e, assim, suplantar as bactérias produtoras de ácido que abrem caminho às cáries.
"Certas estirpes, da mesma espécie, podem ser patogénicas, comensais ou até probióticas", explica Zhang. "Uma vez que compreendamos melhor a atividade destas moléculas e como promovem a formação de biofilmes fortes, poderemos introduzi-las nas bactérias 'boas' para que estas formem biofilmes resistentes e superem todas as 'más'."
Este trabalho contou com o apoio do National Institute of Dental & Craniofacial Research, dos National Institutes of Health (R01DE032732).
Metabolismo "Especializado"
O agrupamento genético foi descoberto através de uma minuciosa pesquisa numa base de dados online que compila um vasto número de sequências metagenómicas de comunidades microbianas presentes na boca de voluntários humanos. McKenna Yao, estudante de pós-graduação em Berkeley, conduziu uma análise estatística para identificar agrupamentos associados a doenças orais e, posteriormente, cultivou as bactérias para analisar e identificar os metabolitos produzidos por esses agrupamentos.
Os metabolitos são pequenas moléculas, compostas por curtas cadeias de aminoácidos – péptidos – e ácidos gordos, ou lípidos. Uma das moléculas atua como uma espécie de "cola", ajudando as células a agrupar-se, enquanto a outra funciona mais como um "fio", permitindo a formação de cadeias. Juntas, conferem às bactérias a capacidade de construir comunidades – aquela substância pegajosa nos dentes – em vez de flutuarem isoladamente.
O agrupamento genético recém-descoberto contém cerca de 15 segmentos de ADN que codificam proteínas, potenciadores e fatores de transcrição, agindo como uma "cassete metabólica" autónoma. Trata-se de uma via metabólica alternativa que não é essencial para a sobrevivência da bactéria, mas que, como Zhang descobriu, tem um impacto significativo no ambiente circundante, como os dentes. Estes agrupamentos genéticos são por vezes designados como metabolismo secundário de um microrganismo, mas Zhang prefere o termo "especializado", pois podem produzir moléculas bastante interessantes. Redes metabólicas especializadas em bactérias do solo, por exemplo, revelaram-se uma fonte fértil de antibióticos.
"Estes metabolitos especializados aumentam a sobrevivência de várias formas", refere Yao, um dos três estudantes de pós-graduação de Berkeley que contribuíram para este trabalho e são os primeiros autores do artigo. "Muitos, por exemplo, são antibióticos, capazes de matar outros microrganismos, enquanto outros estão envolvidos na aquisição de metais – ajudando as bactérias a monopolizar os recursos no seu nicho ambiental. A capacidade de produzir estas substâncias, especialmente numa comunidade microbiana, ajuda as bactérias a expulsar os concorrentes e a proteger os seus recursos."
No entanto, o papel das redes metabólicas especializadas e dos metabolitos secundários no microbioma humano tem sido amplamente inexplorado, salienta Zhang. Há dois anos, ela e os seus colegas descobriram um agrupamento genético em bactérias orais que produz um antibiótico até então desconhecido. Encontraram outro agrupamento genético que produzia um conjunto diferente de moléculas adesivas que auxiliam na formação de biofilmes.
O agrupamento genético agora divulgado é mais uma prova da importância dos metabolitos secundários do microbioma na saúde humana, seja na boca, intestino, pele ou qualquer outro órgão. Compreender estes metabolitos adesivos na boca, batizados de mutanoclumpinas, poderá ser crucial para reduzir as cáries.
"Estamos à procura de algo que esteja correlacionado com as cáries, com a doença. Se um dia pudermos provar que, sob certas condições, esta é realmente uma molécula indesejável que queremos prevenir, poderemos desenvolver inibidores genéticos ou químicos para travar a sua produção. Esperemos que as bactérias não as produzam e, assim, teremos menos cáries", afirma Zhang. "Ao mesmo tempo, também investigamos outras moléculas correlacionadas com a saúde, permitindo uma estratégia simples para manipular diretamente os microrganismos e fazer com que produzam mais dessas moléculas."
Uma espécie bacteriana que poderia beneficiar de um impulso é a Streptococcus salivarius, que parece promover a saúde oral e é atualmente comercializada como um probiótico oral. Infelizmente, mesmo que se revele probiótica, não forma um biofilme forte que adere aos dentes e dissipa-se rapidamente. Zhang sugere adicionar moléculas formadoras de biofilmes fortes à S. salivarius para ver se a bactéria pode atuar de forma mais eficaz como probiótico.
"O nosso trabalho futuro será criar um mapa abrangente da coleção destes metabolitos especializados para analisar, de forma coletiva, o que esta comunidade dinâmica e complexa nos nossos dentes está a produzir", adianta Zhang.
Yao, no entanto, lembra que "a melhor forma de remover o biofilme dos dentes é escovar. Acreditamos que há, de facto, uma maneira melhor de desorganizar esse biofilme, mas estamos apenas a começar a compreender a complexidade dentro da boca."
Nicholas Zill e Colin Charles Barber são coautores principais com Yao. Outros coautores incluem Yongle Du, Rui Zhai, Eunice Yoon e Dunya Al Marzooqi, do Departamento de Engenharia Química e Biomolecular de Berkeley, e Peijun Lin, estudante visitante na Faculdade de Computação, Ciência de Dados e Sociedade.

ƒonte: University of California - Berkeley