Aumentando a sobrevivência de uma bactéria benéfica no intestino humano

Os micróbios que habitam o intestino são críticos para a saúde humana, e compreender os fatores que estimulam o crescimento de espécies bacterianas benéficas – conhecidas como bactérias “boas” – no intestino pode permitir intervenções médicas que promovam o intestino e a saúde humana em geral. Em um novo estudo, pesquisadores de Yale descobriram um novo mecanismo pelo qual essas bactérias colonizam o intestino.

Especificamente, a equipe de Yale descobriu que uma das espécies benéficas mais abundantes encontradas no intestino humano mostrou um aumento no potencial de colonização ao experimentar a limitação de carbono – uma descoberta que poderia render novas intervenções clínicas para manter um intestino saudável. Os resultados foram publicados em 16 de março na Ciência.

A equipe de Yale, baseada no laboratório do geneticista Eduardo Groisman, o Waldemar Von Zedtwitz Professor de Patogênese Microbiana, descobriu que a bactéria intestinal benéfica Bacteroides thetaiotaomicron respondeu à falta de carbono – um bloco de construção principal para todas as células – sequestrando uma porção do moléculas para um fator de transcrição essencial dentro de um compartimento sem membrana.

A equipe estabeleceu que o sequestro do fator de transcrição aumentou sua atividade, o que modificou a expressão de centenas de genes bacterianos, incluindo vários que promovem a colonização do intestino e controlam as vias metabólicas centrais da bactéria. Essas descobertas revelam que as bactérias “boas” usam o sequestro de moléculas em compartimentos sem membrana como uma estratégia vital para colonizar o intestino dos mamíferos.

Bacteroides thetaiotaomicron e outras bactérias que residem no intestino dos mamíferos têm acesso aos nutrientes ingeridos pelo animal hospedeiro. No entanto, também há longos períodos de tempo em que o organismo hospedeiro não come. A privação de nutrientes, incluindo carbono, provoca a produção de fatores de colonização em bactérias intestinais benéficas, descobriram os pesquisadores.

“Uma das coisas que surgiram é que quando um organismo está faminto por carbono, esse é o sinal que ajuda a produzir propriedades que são boas para sobreviver no intestino”, disse Aimilia Krypotou, pós-doutoranda no laboratório de Groisman e principal autora do estudo. estudar.

Uma confluência de observações da pesquisa anterior do laboratório levou à descoberta. A primeira foi quando Groisman percebeu que o tamanho do fator de transcrição do micróbio intestinal era muito maior do que o de outras proteínas homólogas bem estudadas de outras espécies bacterianas. A equipe então descobriu que as bactérias não poderiam sobreviver no intestino de um camundongo sem a região extra ausente de proteínas homólogas.

Krypotou então levantou a hipótese de que a região extra poderia conferir uma nova propriedade biofísica ao fator de transcrição necessário para a sobrevivência da bactéria no intestino e realizou com sucesso uma série de experimentos para testar a hipótese.

A consciência desses compartimentos sem membrana remonta a cem anos, disse Groisman. A principal percepção de Krypotou, disse ele, foi deduzir novas propriedades para o fator de transcrição bacteriano – denominado Rho – com base na região extra. O sequestro do fator de transcrição ocorre por um processo conhecido como separação de fase líquido-líquido, um fenômeno onipresente presente em uma ampla variedade de células, incluindo as humanas.

“Esse fenômeno é conhecido, mas geralmente está associado ao estresse em organismos eucarióticos, como plantas, animais e fungos”, disse Groisman. “Recentemente, percebeu-se que também pode acontecer com bactérias e, em nosso caso, estabelecemos que ocorre em bactérias intestinais comensais, que precisam dela para sobreviver no intestino. Pode-se conceber, potencialmente imaginar que, se alguém manipulasse organismos propensos para este efeito, talvez se possa melhorar os organismos benéficos para os seres humanos.”

As descobertas podem ajudar a estimular o desenvolvimento de novas terapias probióticas para a saúde intestinal, disse Krypotou.

“A maioria dos estudos apenas analisa a abundância da bactéria”, disse ela. “Se não entendermos o que está acontecendo no nível molecular, não sabemos se isso ajudaria.”