Como a industrialização altera a nossa flora intestinal

O conjunto de bactérias, vírus e fungos que existem no interior e na superfície de um organismo multicelular constitui o seu microbioma natural. As interações entre o corpo e estes microrganismos influenciam significativamente as funções e a saúde do organismo hospedeiro. Entre outras coisas, os investigadores demonstraram que o microbioma desempenha um papel importante, por exemplo, na defesa contra agentes patogénicos. Por outro lado, suspeitam que os desequilíbrios na composição do microbioma estejam associados ao desenvolvimento das chamadas doenças ambientais, tais como a inflamação crónica. No entanto, várias questões-chave na investigação sobre o microbioma permanecem sem resposta: por exemplo, o que constitui exatamente um microbioma saudável, que fatores internos e externos o podem alterar e em que medida difere de pessoa para pessoa, especialmente entre indivíduos com estilos de vida e origens geográficas diferentes?

Na Faculdade de Medicina da Universidade de Kiel e no Hospital Universitário de Schleswig-Holstein (UKSH), Campus de Kiel, a professora Mathilde Poyet, do Instituto de Medicina Experimental (IEM), e o professor Mathieu Groussin, do Instituto de Biologia Molecular Clínica (IKMB), estão a trabalhar nestes desafios em conjunto com os seus grupos de investigação. Partindo da hipótese de que os microbiomas diferem consoante a origem de um grupo populacional, estão a investigar especificamente como a geografia, o estilo de vida e o grau de industrialização afetam a colonização microbiana do intestino humano. Para dar resposta a estas questões, fundaram, há dez anos, a Global Microbiome Conservancy (GMbC). Esta iniciativa científica global está empenhada, através da recolha mundial de amostras microbianas, em estudar e conservar toda a diversidade do microbioma intestinal humano.

Os investigadores sediados em Kiel, que lideram o Kiel Metaorganism Center (KMC) no âmbito da área de investigação prioritária da Universidade de Kiel, a Kiel Life Science (KLS), e que também participam ativamente no Centro de Investigação Colaborativa (CRC) 1182 «Origem e Função dos Metaorganismos», e no Cluster de Excelência «Medicina de Precisão na Inflamação Crónica» (PMI), publicaram os artigos conjuntos em colaboração com vários especialistas internacionais. Nestas publicações, analisaram sistematicamente fatores-chave como a geografia, o estilo de vida, a alimentação e a genética como efeitos cumulativos da civilização no microbioma humano e nas bactérias intestinais individuais. Em particular, conseguiram revelar que a industrialização e as mudanças no estilo de vida a ela associadas conduzem a um esgotamento drástico e a uma forte homogeneização da biodiversidade do microbioma.

Além disso, a equipa de investigação de Kiel conseguiu demonstrar que, para além das perturbações observadas ao nível das comunidades microbianas, os genomas microbianos individuais também sofrem mutações em resposta ao nível de industrialização do hospedeiro. Por exemplo, um estilo de vida fortemente industrializado resulta no aumento do tamanho dos genomas das bactérias, devido ao aumento da troca genética entre micróbios. De forma singular, ambos os artigos, que incluem contribuições de colegas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e de numerosas instituições parceiras internacionais da iniciativa GMbC, foram publicados em paralelo hoje na prestigiada revista *Cell*.

Um elevado grau de industrialização resulta numa menor diversidade e numa maior homogeneidade


A colonização microbiana do intestino humano está sujeita a inúmeros fatores endógenos e exógenos. Alguns destes só podem ser alterados indiretamente e a longo prazo, como a genética do hospedeiro, enquanto outros dependem fortemente do estilo de vida individual. Nos estudos atuais, os investigadores analisaram dados da coleção de amostras do GMbC no que diz respeito ao grau de industrialização e tiveram também em conta o estilo de vida, a genética microbiana e a dieta como fatores que influenciam diretamente a composição do microbioma. Segundo os investigadores, embora todas estas influências interajam fortemente entre si, também contribuem individualmente para as variações no microbioma intestinal.

«A principal conclusão das nossas análises é que o chamado estilo de vida industrializado conduz a comunidades microbianas mais homogéneas e menos diversificadas no nosso intestino», salienta Groussin. «Isto significa que duas pessoas de Kiel, na Alemanha, e de Kuala Lumpur, na Malásia, têm composições de espécies bacterianas muito semelhantes, apesar de viverem em regiões geográficas distantes e de terem dietas, origens genéticas e culturas muito diferentes.»

Os microbiomas industrializados são mais facilmente perturbados e estão associados a marcadores elevados de doença


Numa etapa seguinte, os cientistas investigaram se as perturbações na diversidade e na composição associadas à industrialização poderiam resultar em alterações na forma como as bactérias coocorrem e interagem. Descobriram que as redes de coocorrência de bactérias estão mais concentradas em torno de um número mais reduzido de bactérias, com níveis mais baixos de reservas funcionais. «Em suma, isto significa que, se a comunidade for perturbada e estas espécies centrais se perderem, poderá não haver um apoio funcional fornecido por outras espécies da comunidade para manter a produtividade metabólica e a estabilidade da comunidade», salienta Poyet.

Além disso, os investigadores conseguiram detetar níveis elevados dos chamados marcadores inflamatórios em amostras de pessoas que vivem em sociedades altamente industrializadas — ou seja, assinaturas moleculares específicas associadas a respostas de stress no intestino. Estas incluem, por exemplo, uma resposta imunitária aumentada, particularmente na camada mucosa do intestino, que os investigadores interpretam como uma reação às alterações na composição do microbioma. «A presença tanto de marcadores inflamatórios elevados como de padrões distintivos na resposta imunitária sugere que um microbioma alterado por um estilo de vida industrializado pode exercer uma forte influência na fisiologia do hospedeiro — e, assim, contribuir potencialmente para o desenvolvimento de doenças», salienta o professor Philip Rosenstiel, diretor do Instituto de Biologia Molecular Clínica e coautor do primeiro estudo.

No futuro, os investigadores sediados em Kiel pretendem investigar em pormenor quais as alterações específicas que podem tornar o microbioma moldado pelo estilo de vida industrializado mais suscetível a perturbações, levando subsequentemente ao desenvolvimento de doenças ou a uma maior suscetibilidade a infeções. Para o efeito, o biobanco GMbC, com os seus microbiomas preservados de todo o mundo, proporciona-lhes um recurso vital que permite a realização dessas investigações mecanistas mais aprofundadas nos respetivos contextos geográficos.

A influência do estilo de vida nos genomas bacterianos


No segundo estudo, os investigadores compararam 10 espécies bacterianas selecionadas dos microbiomas de populações não industrializadas com as de populações industrializadas e examinaram-nas em busca de alterações genéticas que pudessem estar associadas ao estilo de vida. «Em todos os microrganismos analisados, observámos que um estilo de vida industrializado conduz a um maior tamanho do genoma e a uma maior plasticidade genómica. Isto significa que o genoma sofre mais alterações, com, por exemplo, uma maior frequência de troca de genes através da transferência horizontal de genes, o que pode ajudar as bactérias a adquirir rapidamente novas funções para se adaptarem a perturbações», afirma o Dr. Malte Rühlemann, investigador de pós-doutoramento do laboratório Groussin. «Para além das transferências genéticas, descobrimos uma grande diversidade de mutações genómicas associadas à industrialização, incluindo mutações individuais no ADN que alteram a sequência e a função de proteínas envolvidas na resposta ao stress e na resposta metabólica ao ambiente», segundo Poyet.

Em resumo, com a sua nova publicação dupla, os investigadores apresentaram, pela primeira vez, um estudo abrangente sobre a forma como os estilos de vida industrializados afetam profundamente o complexo sistema do microbioma intestinal a diferentes níveis da organização, desde as comunidades microbianas até aos genomas individuais dos micróbios. No futuro, ao mesmo tempo que expandem a coorte GMbC para outros países de todo o mundo, pretendem investigar mais a fundo os mecanismos subjacentes às perturbações do microbioma associadas à industrialização, que poderão estar na origem do aumento das doenças crónicas observado a nível mundial.