Ciência Informativa: Eu, ecossistema

Quando perguntamos às pessoas a relação entre os micro-organismos e o corpo humano, o senso comum é de que esses pequenos seres vivos só nos causam doenças e outros problemas. Mas a ciência nos explica que isso não é verdade! Fungos, bactérias e vírus podem ser a causa de enfermidades, mas o nosso corpo é colonizado por milhões de outros micro-organismos que nos trazem muitos benefícios. Todos nós somos um vasto ecossistema com uma diversidade biológica muito grande. No texto de hoje do especial temático, vamos entender quem são esses micro-organismos, como nós os adquirimos e quais os benefícios que eles nos trazem; além disso, abordaremos como a ciência os estuda. Pronto para entender mais sobre o microbioma do seu corpo?

A cada 1 célula humana presente em nosso corpo outras 10 são de micro-organismos, ou seja, somos um aglomerado de células humanas, de fungos, bactérias e também vírus; sendo este conjunto todo denominado microbioma humano. A aquisição desses ocorre depois que nascemos. Quando estamos na barriga de nossa mãe somos praticamente estéreis, ou seja, sem microbioma próprio, mas a partir do momento que passamos pelo canal vaginal (no caso do parto normal) ou somos expostos ao ambiente (como na cesárea) começamos a adquirir esses micro-organismos. Estudos mostram que quando um bebê nasce seu microbioma começa a se desenvolver graças à amamentação, ou seja, a colonização do sistema digestório dá-se pelos micro-organismos oriundos da mãe. Bebês que se alimentam do leite materno ficam mais saudáveis e menos propensos a alergias, diarréias e outras enfermidades graças ao microbioma que ele ganha de sua mãe! Ao longo da vida adulta, conforme crescemos e nos desenvolvemos, tanto nossa alimentação quanto as pessoas com que convivemos e local onde moramos, são determinantes na formação e estabelecimento do nosso microbioma.

Mas onde podemos encontrá-los em nosso corpo? Eles estão presentes em toda a superfície que está em contato com o ambiente, como na nossa pele, nariz, ouvido, olhos, sistema genital e gastrointestinal. Em todos esses locais, a quantidade e variedade de micro-organismos muda. A pele, o maior órgão de contato com o meio externo, possui milhares de micro-organismos, sendo que as regiões úmidas como axilas, virilhas e dedos dos pés possuem uma maior quantidade e variedade de espécies do que regiões oleosas. Nos olhos, especialmente no tecido conjuntivo que forra a parte externa do olho e a parte interior das pálpebras, a quantidade de micro-organismos é pequena. Isso ocorre porque as lágrimas, que mantêm esse tecido úmido, contêm substâncias bactericidas que dificultam o crescimento dos mesmos.

Dos sistemas do corpo, o sistema gastrointestinal é o que possui a maior diversidade de micro-organismos, por causa do seu grande tamanho (o que gera uma longa superfície onde eles podem se aderirem) e da grande disponibilidade de nutrientes. Ao longo desse sistema o microbioma também varia. No estômago, por exemplo, a presença do suco gástrico que auxilia na digestão, dificulta o crescimento de vários micro-organismos. Já a porção final do intestino, o cólon, é a parte com maior número de micro-organismos. É importante lembrar que essa variação na composição do microbioma nas diversas partes do corpo ocorre devido a diversos fatores como a temperatura, pH, umidade, oxigenação, nutrientes e imunidade.

O conjunto dos micro-organismos que habitam nosso corpo é denominados de microbioma residente. A maioria deles vivem em harmonia com o nosso organismo, sem causar danos ou doenças, sendo consideradas comunidades microbiana estáveis. Entre os vários benefícios desse microbioma podemos citar seu papel na aquisição de nutrientes, no caso dos micro-organismos do intestino, os quais são capazes de sintetizar aminoácidos essenciais e vitaminas, além de degradar muitos componentes não que não seriam absorvidos pelas células humanas. Além disso, o microbioma auxilia na proteção contra patógenos e atua na modulação do sistema imune.

O termo metagenômica compreende a ciência que estuda o material genético de amostras ambientais para acessar os micro-organismos ali presentes. Primeiramente temos que pensar que todos os micro-organismos possuem DNA. Como, nos dias de hoje, não temos tecnologia e/ou conhecimento suficientes para cultivá-los em laboratório, estudar a comunidade microbiana existente numa amostra utilizando o DNA presente na mesma foi uma saída engenhosa que nos permitiu conhecer melhor os micro-organismos existentes. Os cientistas utilizam a técnica de sequenciamento de DNA para acessar a informação presente em uma amostra de interesse. A partir disto, pode-se predizer desde as espécies presentes até a função desempenhada por elas.

Mas quão estáveis são essas comunidades? As alterações em nossa saúde podem causar o rompimento do equilíbrio entre os micro-organismos e o nosso corpo. A maioria das infecções conhecidas são causadas por organismos oportunistas - aqueles que estão no microbioma normal do corpo humano - e não por patógenos estritos, ou seja, aqueles que obrigatoriamente parasitam o corpo e resultam em doença. Uma simples eliminação do microbioma normal faz com que nos tornemos mais suscetíveis a aquisição de infecções tanto por bactérias e, fungos como protozoários oportunistas. A terapia com antibióticos, por exemplo, pode causar efeitos adversos que permanecem de forma prolongada no microbioma humano, inibindo inclusive os micro-organismos necessários ao funcionamento adequado e portanto abre portas a infecções mais severas. Devemos pensar que as mudanças no microbioma são a causa e não a consequência das modificações fisiológicas dos organismos.

O conhecimento prévio a respeito da composição dessa população microbiana subestimou a população de micro-organismos, pois apenas uma pequeníssima proporção deles pode ser cultivada em condições de laboratório. O projeto Microbioma Humano (“Human Microbiome Project” – HMP) foi criado para estudar detalhadamente esse microbioma e analisar seu papel na saúde e na doença dos seres humanos. Muitos pesquisadores pelo mundo todo se esforçam para decifrar o genoma coletivo do microbioma humano. A metagenômica é o nome dado a uma forma de análise do material genético de micro-organismos a partir de uma amostra direta do ambiente de estudo, ou seja, do nosso corpo. Assim os micro-organismos podem ser detectados sem precisar de cultivo com meios de cultura.

Sabe-se que mais de 50% de todo microbioma humano é desconhecido e ainda, 80% das bactérias identificadas pela técnica de metagenômica não podem ser cultivadas em laboratórios, em outras palavras, sem a metagenômica conheceríamos menos de ¼ do microbioma que compõe as partes do nosso corpo.

O nosso texto especial temático “Eu, ecossistema” traz os principais benefícios do microbioma normal, composto por milhares de micro-organismos benéficos à nossa saúde. Além disso, ressalta também que diferentes e pequeninos seres-vivos compartilham o mesmo espaço com nossas células em cada região do nosso corpo e apresentam um papel crítico na sobrevivência de nós, seres-humanos, ao participarem de atividades necessárias a saúde como digestão, crescimento, proteção contra agentes infecciosos e também na resposta imune. Visto a especificidade dos pequeninos seres, o estado de saúde do hospedeiro é de extrema importância neste momento para o estabelecimento (ou não) de uma infecção.

Como podemos ver o senso de que os micro-organismos só nos causam coisas ruins pode ser comum mas a ciência têm inúmeros fatos provando o contrário! Agora que você conhece mais seu corpo, não se esqueça dos outros 90% que não são você mas fazem parte de você!

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Até a próxima!

Por Nathália de Moraes

nathalia.esalq.bio@gmail.com

e Mariana Lopes

mslopes25@gmail.com

e Sarina Tsui

tsui.sarina@gmail.com

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I, ecossystem

When we ask to someone what is the relation between microorganisms and human body, the common sense is to answer that these tiny living beings causes only diseases and other problems. But science explains to us that this is not true! Fungi, bacteria and virus might be the cause some illness, but our body is colonized by millions of microorganisms that bring several benefits to us. We are all an extensive ecosystem with a large biological diversity. Today, in this special issue, we are going to understand who are these microorganisms, how do we acquire them and what are the benefits they bring to us; besides this, we will look how the science study them. Are you ready to know more about your body’s microbiome?

For each human cell on our body there are ten microorganisms cells, in other words, we are a conglomerate of fungi, bacteria and virus, and this is called the “human microbiome”. The acquirement of these microorganisms occurs after we were born. When in our mother’s belly we are almost sterile but from the moment we pass through the birth canal (in a normal birth) or we are exposed to the environment (in a cesarean) we start to acquire these microorganisms. Some researches show that when a baby is born, its microbiome starts to develop thanks to breastfeeding, wherein colonization of the digester system is due to mother’s microorganisms. Throughout adulthood, as we grow and develop, both our feeding habits as well as people which we live and where we live, are crucial to the appearance and establishment of our microbiome.

But where can we find these microorganisms in our body? Well, they are in all the surface that is in contact with the environment as our skin, nose, ear, eyes, genitals and gastrointestinal system. In all these locations, the amount and the variety of these microorganisms change. The skin that is the biggest organ in contact with the environment has thousand of microorganisms, and different humid areas like armpits, genitals and toes have a greater number and variety of species than oily regions. Although in the eyes, especially in the connective tissue that lines the outside of the eye and the inside of the eyelid, the amount of microorganisms is smaller. This is due to the tears that keep this tissue wet and also contain antibacterial substances.

Metagenomics comprises the science that studies the genetic material of environmental samples to access the microorganisms. Foremost, let’s think that every microorganism are composed by genetic material, DNA. Nowadays, we have no technology and / or sufficient knowledge to cultivate all them in laboratory, studies based on the DNA present in the microbial community in a sample was a skillful way, which allowed us to better understand the existing microorganisms. Scientists use DNA's sequencing technique to access this information in a sample of interest. From this, species can be predicted as well as the role played by them.

Considering body systems, the gastrointestinal system has the greatest diversity of microorganisms, due to its large extension (which creates a long surface where they can be adhered to) and great nutrient availability. Along with this system the microbiome also varies. In the stomach, for example, the presence of the gastric juice is a challenge to the growth of many microorganisms. However, the final portion of the gut - the colon - is the part with greater number of microorganisms. It’s important to remember that this variation of the microbiome composition in different body parts is related to several factors such as temperature, pH, humidity/moisture, oxygenation, nutrients and immunity.

All microorganisms that inhabit in our body are called resident microbiome. Most of them live in harmony with our body/organism, without causing damage or diseases, as stable microbial communities. Among the several benefits that are related with the microbiome, we can mention their role in the acquisition of nutrients, in the case of the gut microorganisms, which are able to synthesize essential amino acids and vitamins and degrade many components that will be not be absorbed by human cells without them. Furthermore, the microbiome assists in the protection against pathogens and modulates the immune system.

But how much stable are these communities? Changes in our health can cause balance rupture between the microorganisms and our body. Most of well-known infections are caused by opportunistic organisms - that are in the regular microbiome of the body - and not by microorganisms that are strict pathogens - those that mandatorily parasitize the body and causes diseases. A simple elimination of normal microbiome make us more susceptible to infections by both bacteria and fungi as well as protozoan opportunistic. Antibiotic therapy, for example, can cause adverse effects that remain for a prolonged time into the human microbiome, inhibiting the microorganisms necessary for suitable functioning and therefore opens the door to more severe infections. We must think that the changes in the microbiome are the cause of and not the consequence of organisms’ physiological modifications.

Prior knowledge about microbial composition underestimated the population of microorganisms, because a very small proportion of them can be grown in laboratory conditions. Human Microbiome Project (HMP) was created to study this microbiome in detail and to analyze its role in human health and disease. Efforts to decipher the collective genome of the human microbiome are taken by researchers around the world. Metagenomic analyze microorganisms’ genetics from a sample of the environment, or in our body. Thus, microorganisms identification and function can be detected without cultivating them in growth medium.

It is well known that over 50% of all human microbiome is still unknown and 80% where detect with uncultured techniques that identified bacteria that cannot grown in laboratory conditions, in other words, without metagenomic less than ¼ of the microbiome that compose our body would not be known.

This text "I, ecosystem" brings the main benefits of health microbiome, composed by thousands of beneficial microorganisms to us. It also emphasized that different microorganisms share the same space with our cells in different regions and have a critical role in our survival. They are enrolled in important activities such as digestion, growth, protection against infectious agents and also in the immune response. Since the specifity of these organisms, host health status is very important at this time, because its determine the establishment (or not) of an infection.

As can be seen the common sense that microorganisms only cause injuries is quite widespread but science have several facts proving them otherwise! Now that you know a little more about your body, do not forget the ‘other’ 90% that are not you but make part of you!

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