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A análise genômica de amostras humanas de cavernas mostra diferenças marcantes com as modernas populações de bactérias industrializadas. |
Os cientistas estão reunindo rapidamente evidências de que variantes de microbiomas intestinais, coleções de bactérias e outros micróbios em nosso sistema digestivo, podem desempenhar papéis prejudiciais no diabetes e em outras doenças. Agora, os cientistas do Joslin Diabetes Center descobriram diferenças dramáticas entre os microbiomas intestinais dos antigos povos da América do Norte e os microbiomas modernos, oferecendo novas evidências sobre como esses micróbios podem evoluir com dietas diferentes.
Os cientistas analisaram o DNA microbiano encontrado em paleofeças humanas indígenas (excremento dessecado) de cavernas anormalmente secas em Utah e no norte do México com níveis extremamente altos de sequenciamento genômico, disse o investigador assistente Aleksandar Kostic, PhD, autor sênior de um artigo da Nature apresentando o trabalho.
Realizando análises genômicas mais ampla e profundamente do que estudos anteriores sobre microbiomas intestinais humanos antigos, o estudo foi o primeiro a revelar novas espécies de micróbios nas amostras, diz Kostic, que também é professor assistente de microbiologia na Harvard Medical School.
Em estudos anteriores com crianças na Finlândia e na Rússia, Kostic e seus colegas mostraram que crianças em regiões industrializadas, que eram muito mais propensas a desenvolver diabetes tipo 1 do que aquelas em áreas não industrializadas, também tinham microbiomas intestinais muito diferentes. "Fomos capazes de identificar micróbios e produtos microbianos específicos que acreditamos dificultaram uma educação imunológica adequada no início da vida", diz Kostic. "E isso leva mais tarde a incidentes maiores não apenas de diabetes tipo 1, mas de outras doenças auto-imunes e alérgicas."
Então, como seria um microbioma humano saudável antes dos efeitos da industrialização? “Estou convencido de que você não pode responder a essa pergunta com nenhum povo moderno”, disse Kostic, que aponta que até mesmo tribos em regiões extremamente remotas da Amazônia estão contratando Covid-19.
Steven LeBlanc, um arqueólogo que trabalhava para o Museu de Arqueologia e Etnologia Peabody de Harvard, veio a Kostic com uma fonte alternativa dramática: DNA microbiano encontrado em amostras de paleofeças humanas que museus coletaram de ambientes áridos no sudoeste da América do Norte.
Kostic e a estudante Marsha Wibowo aceitaram o desafio, eventualmente comparando o DNA de oito amostras de intestino antigas excepcionalmente bem preservadas de cavernas secas (algumas datadas já no primeiro século da era atual) com o DNA de 789 amostras modernas. Um pouco mais da metade das amostras modernas eram de pessoas em dietas "ocidentais" industrializadas e o restante de pessoas que consumiam alimentos não industrializados (cultivados principalmente em suas próprias comunidades).
As diferenças entre as populações do microbioma foram impressionantes. Por exemplo, uma bactéria conhecida como Treponema succinifaciens "não está em um único microbioma ocidental que analisamos, mas em cada um dos oito microbiomas antigos", diz Kostic. Os microbiomas antigos combinavam mais de perto com os microbiomas modernos não industriais.
Surpreendentemente, Wibowo descobriu que quase 40% das antigas espécies microbianas nunca haviam sido vistas antes. O que pode explicar essa alta variabilidade genética?
“Em culturas antigas, os alimentos que você ingere são muito diversos e podem suportar uma coleção mais eclética de micróbios”, especula Kostic. "Mas conforme você avança em direção à industrialização e mais para uma dieta de mercearia, você perde muitos nutrientes que ajudam a sustentar um microbioma mais diversificado."
Os microbiomas antigos também tinham números relativamente maiores do que os microbiomas industriais modernos de transposases (elementos transponíveis de sequências de DNA que podem mudar de localização no genoma).
"Achamos que essa poderia ser uma estratégia para os micróbios se adaptarem a um ambiente que muda muito mais do que o microbioma industrializado moderno, onde comemos as mesmas coisas e vivemos a mesma vida mais ou menos o ano todo", diz Kostic. "Considerando que em um ambiente mais tradicional, as coisas mudam e os micróbios precisam se adaptar. Eles podem usar essa coleção muito maior de transposases para agarrar e coletar genes que os ajudarão a se adaptar aos diferentes ambientes."
Além disso, as antigas populações microbianas incorporaram menos genes relacionados à resistência aos antibióticos. As amostras antigas também apresentavam um número menor de genes que produzem proteínas que degradam a camada de muco intestinal, que então pode produzir inflamação associada a várias doenças.
Além disso, o trabalho pode lançar luz sobre uma controvérsia científica sobre se as populações de micróbios intestinais são transmitidas verticalmente de geração em geração de humanos ou evoluem principalmente de ambientes circundantes.
Olhando para a linhagem da bactéria comum Methanobrevibacter smithii nas amostras antigas, eles descobriram que sua evolução era consistente com uma cepa ancestral compartilhada que foi datada aproximadamente quando os humanos migraram pela primeira vez através do Estreito de Bering para a América do Norte. "Esses micróbios, assim como nossos próprios genomas, têm viajado conosco", diz Kostic.
O projeto de pesquisa começou com a necessidade de identificar amostras de paleofeças humanas não contaminadas que foram preservadas em condições excepcionalmente boas. "Quando reconstruímos esses genomas, tentamos ser muito conservadores", diz Wibowo.
Além da datação por carbono-14, os cientistas usaram análises dietéticas e outros métodos para validar se as amostras selecionadas eram de fato humanas e não contaminadas por solo ou por outros animais, como cães, diz ela. Os pesquisadores também confirmaram que as amostras escolhidas exibiam os padrões de decomposição que todo o DNA costuma exibir ao longo do tempo.
A equipe realizou um sequenciamento de DNA muito mais profundo do que o alcançado em esforços anteriores, pelo menos 100 milhões de leituras, com 400 milhões de leituras de DNA para uma amostra.
Uma colaboradora, a antropóloga Meradeth Snow, PhD, da Universidade de Montana em Missoula, liderou uma iniciativa para obter perspectivas sobre o trabalho de comunidades indígenas nativas americanas na região sudoeste. “Nós reconhecemos e apreciamos aqueles indivíduos cuja genética e micróbios foram analisados para esta pesquisa, bem como indivíduos atuais com herança genética ou cultural associada”, enfatiza o estudo.
Os pesquisadores planejam expandir seus estudos para muitos outros espécimes de microbiomas antigos, com o objetivo de detectar novas espécies microbianas e tentar prever suas funções metabólicas. Kostic está intrigado com a possibilidade de ressuscitar esses micróbios antigos em laboratório, inserindo genomas antigos nas espécies bacterianas vivas mais próximas. "Se pudermos cultivá-los em laboratório, poderemos entender a fisiologia desses micróbios muito, muito melhor", diz ele.
LeBlanc ajudou os investigadores de Joslin a reunir colaboradores, eventualmente recrutados em uma dúzia de instituições. Entre as contribuições principais, a Dra. Snow de Montana liderou a extração e preparação do DNA antigo, e Christina Warinner, PhD, de Harvard, ofereceu sua experiência no microbioma humano antigo. "Tem sido incrível aprender com todos esses colaboradores brilhantes", diz Wibowo. "Realmente é preciso uma aldeia."
Fonte da história:
Materiais fornecidos pelo Joslin Diabetes Center
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