Métodos de caracterização do microbioma intestinal

Mudanças na abundância microbiana e na composição do microbioma intestinal podem ser gatilhos doenças em humanos. O microbioma é uma comunidade ecológica dinâmica que consiste em múltiplos táxons, cada um potencialmente interagindo entre si, com o hospedeiro e com o ambiente.

Os objetivos fundamentais da pesquisa do microbioma humano são estudar a estrutura e a dinâmica das comunidades microbianas, as relações entre seus membros (microrganismos, partículas virais e hospedeiro) e sua associação potencial com a saúde e a doença. O estudo das interações entre os DNAs, RNAs e vírus que estão presentes no microbioma são o principal interesse da metagenômica, metatranscriptômica e virômica, respectivamente.

Para estudar a comunidade microbiana do microbioma humano usando tecnologias de sequenciamento de alto rendimento, existem vários tipos de análises em larga escala: a análise de perfil 16S que se baseia no sequenciamento das regiões hipervariáveis ​​do gene 16S rRNA e a análise shot-gun que se baseia no sequenciamento direto do DNA total (metagenoma) e/ou RNA total (metatranscriptoma). Além disso, o componente viral do microbioma (viroma) também pode ser analisado pelo sequenciamento das partículas virais totais.

Na última década, muitos estudos usando o sequenciamento do gene 16SrRNA para caracterizar a composição da microbiota foram conduzidos, no entanto, essa análise identifica principalmente a abundância e a diversidade de bactérias e arqueas na amostra.

A análise metagenômica também identifica a abundância e a diversidade da comunidade microbiana, mas adicionalmente pode identificar o conteúdo de genes e o potencial funcional de proteínas codificadas nos genomas da comunidade microbiana.

A análise metatranscriptômica permite a identificação de transcritos expressos no microbioma. Os números de transcritos também podem ser usados ​​para comparar os perfis de expressão gênica entre comunidades microbianas. Para estudo comparativo, dados metatranscriptômicos devem ser pareados com dados metagenômicos para analisar se a abundância de transcritos está refletindo mudanças na composição da comunidade.

O uso de tecnologias de sequenciamento de alto rendimento para analisar metagenomas humanos também revelou a existência de muitos bacteriófagos (vírus que infectam bactérias) em metagenomas. Foi proposto que os bacteriófagos podem ter um papel na formação da diversidade e composição das bactérias orais e intestinais. Além disso, o envolvimento de fagos na disbiose microbiana pode contribuir indiretamente para a doença.

Método 16S

O método 16S é uma das ferramentas mais utilizadas na microbiologia para caracterizar e comparar comunidades microbianas, como a que habita nosso intestino. Ele se baseia na análise de uma região específica do RNA ribossomal 16S (16S rRNA), uma molécula essencial para a síntese de proteínas em bactérias.

Por que o 16S rRNA é tão importante?

  • Universalidade: Está presente em quase todas as bactérias, o que o torna um marcador molecular ideal para estudos comparativos.

  • Variabilidade: Apresenta regiões altamente conservadas, que permitem a identificação em nível de filo ou gênero, e regiões variáveis, que possibilitam a discriminação em nível de espécie.

Como funciona o método 16S?

  1. Coleta da amostra: Uma amostra de fezes é coletada para analisar a microbiota intestinal.

  2. Extração do DNA: O DNA bacteriano presente na amostra é extraído.

  3. Amplificação do gene 16S: A região do gene 16S de interesse é amplificada por PCR (Reação em Cadeia da Polimerase), gerando muitas cópias desse fragmento.

  4. Sequenciamento: Os fragmentos amplificados são sequenciados, gerando milhões de sequências curtas.

  5. Análise bioinformática: As sequências obtidas são comparadas com bancos de dados de referência para identificar os diferentes tipos de bactérias presentes na amostra e estimar suas abundâncias relativas.

O que podemos aprender com o método 16S?

  • Composição da microbiota: Quais tipos de bactérias (até nível de gênero) estão presentes no intestino e em que proporções.

  • Diversidade da microbiota: Quantas espécies diferentes de bactérias habitam o intestino.

  • Alterações na microbiota: Como a composição da microbiota muda em diferentes condições de saúde ou em resposta a intervenções, como a dieta ou o uso de probióticos.

Aplicações do método 16S:

  • Diagnóstico de doenças: O desequilíbrio da microbiota intestinal (disbiose) está associado a diversas doenças, como doenças inflamatórias intestinais, obesidade, diabetes e doenças neurodegenerativas. O método 16S pode ajudar a identificar biomarcadores microbianos para o diagnóstico dessas doenças.

  • Avaliação da eficácia de tratamentos: O método 16S pode ser utilizado para monitorar as mudanças na microbiota em resposta a diferentes tratamentos, como o uso de probióticos ou prebióticos.

  • Pesquisas sobre a microbiota: O método 16S é fundamental para avançar na compreensão da função da microbiota intestinal e sua relação com a saúde humana.

Método Shotgun

Método Shotgun para Avaliação da Microbiota Intestinal: Um Olhar Profundo

O método shotgun é uma ferramenta poderosa e cada vez mais utilizada para analisar a microbiota intestinal. Essa técnica, baseada no sequenciamento de DNA de alto desempenho, permite um olhar abrangente e detalhado sobre a complexa comunidade de microrganismos que habitam nosso intestino.

O que é o Método Shotgun?

Em essência, o método shotgun consiste em fragmentar aleatoriamente o DNA total presente em uma amostra fecal (onde a microbiota intestinal é rica), sequenciar esses fragmentos e, em seguida, reconstruir os genomas dos microrganismos presentes. Essa abordagem permite identificar não apenas quais espécies estão presentes, mas também seus genes e funções.

Por que o Shotgun é Tão Útil?

  • Análise completa: Ao contrário de outras técnicas que se concentram em marcadores genéticos específicos, o shotgun sequencia todo o DNA presente na amostra, fornecendo uma visão holística da microbiota.

  • Identificação precisa: Permite identificar não apenas bactérias, mas também fungos, vírus e outros microrganismos presentes no intestino.

  • Funções microbianas: Ao analisar os genes presentes, é possível inferir as funções metabólicas dos microrganismos, como a produção de vitaminas, a digestão de fibras e a resistência a antibióticos.

  • Relação com a saúde: Essa técnica tem sido crucial para entender a relação entre a microbiota intestinal e diversas doenças, como obesidade, diabetes, doenças inflamatórias intestinais e distúrbios do neurodesenvolvimento.

Como Funciona na Prática?

  1. Coleta da amostra: Uma amostra fecal é coletada e armazenada adequadamente para preservar o DNA dos microrganismos.

  2. Extração do DNA: O DNA total é extraído da amostra.

  3. Fragmentação e sequenciamento: O DNA é fragmentado em pequenos pedaços e sequenciado utilizando tecnologias de sequenciamento de nova geração.

  4. Análise bioinformática: Os dados de sequenciamento são processados utilizando softwares especializados para identificar os diferentes microrganismos presentes e suas funções.

  5. Interpretação dos resultados: Os resultados são analisados por especialistas para gerar um relatório detalhado sobre a composição e função da microbiota intestinal do indivíduo.

Aplicações do Método Shotgun

  • Diagnóstico: Identificação de desequilíbrios na microbiota associados a doenças.

  • Prognóstico: Predição do risco de desenvolver determinadas doenças.

  • Monitoramento de tratamentos: Avaliação da eficácia de probióticos, prebióticos e outros tratamentos para restaurar a microbiota.

  • Pesquisa: Desvendamento dos mecanismos moleculares que ligam a microbiota à saúde e à doença.

Os métodos shotgun são mais caros que 16S, mas fornecem mais informações para que o profissional de saúde possa atuar de forma mais precisa.

Dra. Andreia Torres é Nutricionista, especialista em nutrição clínica, esportiva e funcional, com mestrado em nutrição humana, doutorado em psicologia clínica e cultura/ensino na saúde, pós-doutorado em saúde coletiva. Também possui formações no Brasil e nos Estados Unidos em práticas integrativas em saúde. Para contratar envie uma mensagem: http://andreiatorres.com/consultoria/

Neurogenética e neuroepigenética

A neurociência é um campo em constante evolução, oferecendo cada vez mais ferramentas para compreendermos a complexidade do cérebro humano. Duas áreas que têm ganhado destaque são a neurogenética e a neuroepigenética.

Neurogenética: Os Genes e o Cérebro

Neurogenética é a área da ciência que estuda a relação entre os genes e o sistema nervoso. Ela busca entender como as nossas características genéticas influenciam o desenvolvimento, a função e a saúde do cérebro.

  • Genes e comportamento: A neurogenética investiga como variações genéticas podem predispor indivíduos a determinadas doenças neurológicas, como Alzheimer, Parkinson e esquizofrenia, além de transtornos do neurodesenvolvimento. Além disso, ela explora o papel dos genes em características como inteligência, personalidade e comportamento.

  • Doenças neurodegenerativas: A identificação de genes associados a doenças neurodegenerativas é fundamental para o desenvolvimento de novos tratamentos e terapias genéticas.

Neuroepigenética: A Interação entre Genes e Ambiente

A neuroepigenética vai além da simples análise dos genes, explorando como fatores ambientais podem influenciar a expressão gênica no cérebro. Em outras palavras, a neuroepigenética estuda como o ambiente pode "ligar" ou "desligar" certos genes, alterando a função cerebral.

  • Epigenética: A epigenética refere-se a mudanças hereditárias na expressão gênica que não envolvem alterações na sequência de DNA. Mudanças epigenéticas podem afetar condições subjacentes, como dependência, cognição e desenvolvimento neurológico.

  • Fatores ambientais: Fatores como dieta, estresse, exposição a toxinas e experiências de vida podem desencadear mudanças epigenéticas no cérebro, influenciando o desenvolvimento e o comportamento.

  • Plasticidade cerebral: A neuroepigenética demonstra como o cérebro é um órgão plástico, capaz de se adaptar e mudar em resposta ao ambiente.

Mecanismos neuroepigenéticos regulam a expressão gênica no neurônio. Os mecanismos neuroepigenéticos envolvem proteínas ou vias proteicas que regulam a expressão gênica adicionando, editando ou lendo marcas epigenéticas, como metilação ou acetilação. Alguns desses mecanismos incluem remodelação da cromatina dependente de ATP, LINE1 e modificações baseadas em proteínas priônicas. Outros mecanismos de silenciamento incluem o recrutamento de proteínas especializadas que metilam o DNA, de modo que o elemento promotor do núcleo fica inacessível aos fatores de transcrição e à RNA polimerase. Como resultado, a transcrição não é mais possível.

Uma dessas vias proteicas é a via do complexo co-repressor REST. Existem também vários RNAs não codificantes que regulam a função neural no nível epigenético. Esses mecanismos, juntamente com a metilação neural das histonas, afetam o arranjo das sinapses, a neuroplasticidade e desempenham um papel fundamental no aprendizado e na memória. Embora não sejam herdadas, a maioria dessas marcas é mantida ao longo da vida da célula, uma vez que são inseridas na cromatina.

Fatores como tabagismo, etilismo, traumas, dieta inadequada, podem alterar os padrões epigenéticos cerebrais e contribuir para o risco de transtornos mentais ou do neurodesenvolvimento. Aprenda a analisar e modular as questões epigenéticas no curso de genômica no TEA, TDAH e T21.

Dra. Andreia Torres é Nutricionista, especialista em nutrição clínica, esportiva e funcional, com mestrado em nutrição humana, doutorado em psicologia clínica e cultura/ensino na saúde, pós-doutorado em saúde coletiva. Também possui formações no Brasil e nos Estados Unidos em práticas integrativas em saúde. Para contratar envie uma mensagem: http://andreiatorres.com/consultoria/