Pesquisa de microbiota revela nova forma de tolerância a antibióticos

Os antibióticos podem facilitar o combate às infecções. Mas como eles afetam os complexos ecossistemas de bactérias amigáveis ​​que constituem nosso microbioma?

"Quando um médico prescreve antibióticos, ele configura um experimento multifacetado em seu sistema gastrointestinal, "explica Will Ludington de Carnegie" O que isso pode nos ensinar sobre os princípios moleculares das interações das espécies na natureza? "

Novo trabalho liderado por Ludington e Stanford University's K.C. Huang decidiu responder a essa pergunta desafiadora e descobriu uma nova forma de tolerância aos antibióticos. Suas descobertas, que têm implicações importantes para a saúde, são publicados por eLife .

Esta é uma das várias frentes de pesquisa nas quais Ludington usa o microbioma da mosca-das-frutas para entender as interações entre as espécies em uma comunidade bacteriana. Ele representa um ambiente ideal para sondar as populações bacterianas naturais e o microbioma humano.

O microbioma humano é um ecossistema de centenas a milhares de espécies microbianas que vivem em nosso intestino. Afeta nossa saúde e até mesmo nossa longevidade. Mas é difícil elucidar as inúmeras maneiras pelas quais as diferentes espécies que compõem nosso microbioma interagem e influenciam umas às outras, mesmo em condições normais. Uma vez que os antibióticos são introduzidos, pouco se sabe sobre como essas comunidades vitais são impactadas em um nível bioquímico.

É por isso que a mosca da fruta é um modelo tão excelente. Ao contrário do microbioma humano, ele consiste em apenas um punhado de espécies bacterianas.

Queríamos realmente entender como o direcionamento de um antibiótico a processos fisiológicos específicos impacta as interações metabólicas e o compartilhamento de recursos que ocorre entre as espécies bacterianas dentro de uma comunidade. Isso é especialmente importante porque, na natureza, as bactérias vivem em comunidades diversas. "

Andrés Aranda-Díaz, autor principal da Stanford University

A simplicidade do microbioma da mosca da fruta o torna o veículo perfeito para revelar como essa interação bioquímica multiespécies é alterada pela introdução de antibióticos.

"Descobrimos que as interações entre as espécies no ecossistema do microbioma intestinal influenciam a eficácia dos antibióticos em matar uma espécie individual dentro desta comunidade, bem como o metabolismo de toda a comunidade, "disse Huang.

Os pesquisadores demonstraram que, quando um tipo de bactéria do microbioma da mosca da fruta, chamado Lactobacillus - que também é encontrado no iogurte - é cultivado junto com uma bactéria produtora de vinagre chamada Acetobacter, é menos suscetível à morte por antibióticos.

Esta é uma categoria recém-descoberta de um fenômeno chamado tolerância a antibióticos, o que significa que as células morrem muito mais lentamente quando encontradas juntas do que sozinhas. A tolerância pode ser perigosa, porque esse atraso aumenta o risco de que a resistência total ao antibiótico possa evoluir.

"Normalmente, tolerância ocorre quando uma célula retarda seu metabolismo em resposta à exposição a antibióticos, "explicou Ludington." Mas, neste caso, a tolerância está, na verdade, associada ao aumento do metabolismo. "

Acontece que os acetobacteres consomem o ácido láctico que é excretado como um produto residual pelos Lactobacilos vizinhos, fornecendo uma vantagem de aptidão para ambas as espécies e desencadeando a tolerância que a equipe descobriu.

"Ainda não sabemos exatamente como isso acontece, mas pensamos que as duas espécies bacterianas 'sabem' quando o outro tipo de célula está lá e respondem de forma adequada, "disse Benjamin Obadia, da UC Berkeley." Esses mecanismos provavelmente evoluíram da convivência, e não os teríamos visto se estudássemos as duas espécies isoladamente. "

O trabalho da equipe mostra que o microbioma pode ser uma ferramenta importante para a compreensão das relações dentro das comunidades de bactérias no mundo natural em um nível bioquímico.

"Também ilustra que a saúde do microbioma intestinal deve ser considerada sempre que antibióticos são prescritos, "acrescentou Ludington.

Estudar os princípios que regem as interações espécie-espécie é a chave para entender tanto sobre ecossistemas grandes e pequenos, e o microbioma é uma ferramenta crítica para explorar essas questões.

Outra colaboração recentemente publicada entre Ludington, Huang, e outra pesquisadora de Stanford - a bióloga Lucy O'Brien - desenvolveu uma nova tecnologia para visualizar as entranhas de moscas de fruta vivas. Chamado de Bellymount, permitiu-lhes observar células bacterianas individuais no intestino de uma mosca da fruta viva pela primeira vez.

"Observando o microbioma em tempo real, pudemos medir sua dinâmica, "disse Ludington de seu jornal, que apareceu na PLOS Biology.

A equipe de pesquisa descobriu que regiões específicas do intestino têm alta estabilidade do microbioma e outras têm renovação contínua. Isso indica que há estruturas no intestino da mosca-das-frutas que mantêm a colonização e abre a porta para a possibilidade de que as moscas-das-frutas possam ter evoluído essas estruturas para manter seus microbiomas.

"Agora temos o poder de realmente escutar as 'conversas' que ocorrem entre as bactérias do microbioma, e as células intestinais em seu ambiente circundante, "disse Huang

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