Novo método de "genômica reversa" dá vida a bactérias anteriormente ocultas

Os avanços no seqüenciamento de DNA encontraram evidências de muitos novos micróbios

Na década passada, técnicas genéticas cada vez mais poderosas encontraram hordas de DNA microbiano em tudo, desde o intestino humano a uma colher de água do mar. Mas os pesquisadores têm lutado para cultivar a maioria dos micróbios no laboratório, devido à complexidade de imitar seus ambientes naturais. Agora, uma nova estratégia de “genômica reversa” encontrou uma maneira de capturar algumas dessas bactérias furtivas a partir de fluidos retirados da boca humana e cultivá-las em laboratório - um avanço que promete esclarecer como eles mantêm a saúde e evitam doenças.

"Acho o estudo inspirador, algo que nem imaginávamos no início dos anos 80", diz Norman Pace, microbiologista da Universidade do Colorado em Boulder que não estava envolvido com o novo trabalho. Pace fez uma pesquisa inovadora com RNA ribossômico (rRNA) para descobrir novos micróbios em fontes termais e outros ambientes extremos. O novo trabalho, ele diz, "usa tecnologia completamente moderna" para obter amostras de espécies previamente identificadas, mas não cultivadas.

A enxurrada de novos micróbios putativos vem de estudos de sequenciamento de DNA que podem isolar uma única bactéria ou, no outro extremo, observar todo o material genético em um ambiente contido, como a boca humana. Mas a incapacidade dos pesquisadores de cultivar esses micróbios dificultou os esforços para validar sua existência e esclarecer qual o papel que eles desempenham em seus respectivos microbiomas. O intestino humano, em particular, tem até 1000 espécies microbianas; mas as seqüências não podem explicar se contribuem para a digestão, respostas imunes, metabolismo de drogas ou outros processos. "Há tanta microbiologia que você pode fazer no computador", diz Mircea Podar, que estuda genômica microbiana evolutiva no Laboratório Nacional de Oak Ridge, no Tennessee, e liderou o novo trabalho.

Podar e colegas de trabalho tiveram como alvo Saccharibacteria, principalmente bactérias que vivem na boca, das quais quase uma dúzia de espécies vive em seres humanos. Mas, como eles compõem uma porção tão pequena do microbioma da boca - menos de 1% -, são difíceis de isolar e crescer.

A equipe de Podar usou uma estratégia baseada em anticorpos para obter isolados de Saccharibacteria que haviam sido seqüenciados - mas não cultivados - a partir de uma gama de saliva e outros fluidos bucais. Eles primeiro procuraram genes em diferentes DNA de Saccharibacteria que provavelmente codificaram proteínas capazes de se projetar através das superfícies das células. O sistema imunológico produz anticorpos em resposta às porções de proteínas da superfície celular que ele pode "ver".

Uma comparação com outras bactérias permitiu aos pesquisadores identificar regiões específicas das proteínas da superfície que provavelmente desencadeariam as respostas mais fortes de anticorpos. Após injetar esses fragmentos de proteína em coelhos, eles purificaram e marcaram com fluorescência os anticorpos que os animais produziam. A mistura dos anticorpos marcados com os fluidos da boca das pessoas permitiu que os pesquisadores retirassem as Saccharibacteria relativamente raras da mistura de células nas amostras. Eles então colocaram essas bactérias em uma ampla variedade de meios de laboratório - que são essencialmente caldos feitos de órgãos, açúcares, soja, vitaminas e sucos gástricos - eventualmente encontrando misturas que, por razões desconhecidas, permitiam que elas crescessem.

Os pesquisadores escrevem que sua técnica de genômica reversa "deve ser amplamente aplicável a qualquer organismo-alvo", permitindo que eles isolem e cultivem microorganismos anteriormente incultiváveis , relatam hoje na Nature Biotechnology . Podar diz que a nova técnica levará ao teste de previsões e hipóteses que os pesquisadores não podem fazer apenas com sequências.

Podar observa que um obstáculo essencial para a cultura de muitos micróbios é que ninguém sabe quais outros organismos podem inibir ou estimular seu crescimento. "Depois de separar os organismos-alvo, você pode explorar as condições sob as quais seu micróbio pode florescer", diz ele, observando que os pesquisadores agora podem investigar como essas bactérias interagem com outros residentes de seus microbiomas. "A genômica por si só não pode fazer isso."

Embora outros grupos tenham relatado recentemente outras técnicas que isolam e cultivam novos micróbios a partir de seqüências, Slava Epstein, microbiologista da Northeastern University em Boston, especializado em cultivar organismos anteriormente incultiváveis, diz que esse novo trabalho se destaca. "A abordagem deles é direcionada e todos os outros dependem de estatísticas", diz Epstein. “Esse é um novo desenvolvimento em princípio. E funciona.

Epstein diz que está ansioso para experimentar a técnica em seu próprio laboratório. "Isso abre uma pergunta intelectualmente provocadora: o que torna inculturáveis ​​inculturáveis?" Epstein diz que seu grupo tem uma resposta potencial, embora ele não queira elaborar. 

"Esta poderia ser uma ferramenta útil para obter mais espécies para provar minha teoria."

Fonte: Science