A microbiota humana e sua importância para a saúde humana

Apresentação em tema: "A microbiota humana e sua importância para a saúde humana"— Transcrição da apresentação:

1 A microbiota humana e sua importância para a saúde humana
Luis Caetano Martha Antunes, Ph.D. Pesquisador em Saúde Pública Escola Nacional de Saúde Pública Sergio Arouca Fundação Oswaldo Cruz

2 Microrganismos: amigos ou inimigos?
O Pulso -Titãs Peste bubônica
Câncer, pneumonia
Raiva, rubéola
Tuberculose e anemia
 Rancor, cisticercose
Caxumba, difteria
Encefalite, faringite
Gripe e leucemia… Hepatite, escarlatina
Estupidez, paralisia
Toxoplasmose, sarampo
Esquizofrenia
 Úlcera, trombose
Coqueluche, hipocondria
Sífilis, ciúmes
Asma, cleptomania... Reumatismo, raquitismo
Cistite, disritmia
Hérnia, pediculose
Tétano, hipocrisia
 Brucelose, febre tifóide
Arteriosclerose, miopia
Catapora, culpa, cárie
Cãibra, lepra, afasia...  E o pulso ainda pulsa… = ?? Doenças Infecções Mal-estar Sintomas Patogenicidade

3 Microrganismos são em sua grande maioria inócuos ou benéficos

4 A microbiota humana Conjunto de microrganismos que convive em harmonia com o hospedeiro, não causando nenhum malefício Bactérias, arqueas, vírus, protozoários Podem ser comensais ou simbióticos Microbiota, microflora, flora, flora normal, microbiota anfibiôntica, microbioma

5 A microbiota humana Um consórcio complexo de microrganismos
de células 1 Kg de bactérias 10x o número de células humanas 100x o número de genes humanos >200 gêneros, >1.000 espécies, >7.000 cepas Coletivamente a microbiota humana > espécies

6 A microbiota humana e sua diversidade
Kyrpides Nat. Biotechnol. 27(7):

7 Onde estão esses microrganismos?
Cavidade oral Estômago Intestino delgado Intestino grosso Trato genito-urinário Trato respiratório Pele Olhos

8 Onde estão esses microrganismos?
Cavidade oral Estômago Intestino delgado Intestino grosso Trato genito-urinário Trato respiratório Pele Olhos Outros 30% Trato gastrointestinal 70%

9 Onde estão esses microrganismos?
Distribuição heterogênea latitudinal Sekirov et al Physiol. Rev. 90:

10 Onde estão esses microrganismos?
Distribuição heterogênea longitudinal Sekirov et al Physiol. Rev. 90:

11 Fatores determinantes de colonização
Distribuição de nutrientes Concentração de oxigênio pH Sítios de ligação Presença de substâncias inibitórias (por exemplo, bile) Temperatura Disponibilidade de água Outras espécies (ou moléculas) presentes

12 De onde vem esses microrganismos?
Colonização ocorre durante o parto Microbiota vaginal ≈ microbiota do recém nascido Cesariana x parto normal  recém-nascidos tem microbiota distinta Estudos com gêmeos fraternos e idênticos  microbiota da mãe é um fator determinante

13 Estabilidade da microbiota
Primeiro ano de vida  microbiota simples e “instável” Após primeiro ano  estabilização, semelhante ao adulto Sekirov et al Physiol. Rev. 90:

14 Microbiota x hospedeiro: co-evolução
Microbiota e hospedeiro conviveram por milhões de anos  adaptação mútua Microbiota evoluiu para exercer efeitos no hospedeiro Hospedeiro evoluiu para manipular a microbiota Transplante entre microbiotas de camundongos e peixes  microbiota retorna à sua composição natural Estudos com animais “germ-free”  vários efeitos de componentes da microbiota na fisiologia do hospedeiro

15 Quem são esses microrganismos?
Costello et al Science. 326(5960):

16 Quem são esses microrganismos?
Costello et al Science. 326(5960):

17 Quem são esses microrganismos?
Costello et al Science. 326(5960):

18 Quem são esses microrganismos?
Costello et al Science. 326(5960):

19 Fatores que influenciam a microbiota
materna Estado hormonal Idade Higiene Dieta Exercício Genética Remédios Microbiota Consequências Estado nutricional Comportamento Susceptibilidade a doenças Doenças locais Doenças sistêmicas

20 Modelos de estudo da microbiota
Animais com microbiota manipulada Tratamento com antibióticos, prebióticos ou probióticos Introdução de espécies ou moléculas Monitoramento dos efeitos Sekirov et al Infect. Immun. 76(10):

21 Modelos de estudo da microbiota
Animais “germ-free” Obtidos através de cesariana Mantidos em ambiente estéril Microbiota completamente ausente Introdução de espécies (uma, duas, várias) Inoculação com moléculas Monitoramento dos efeitos

22 Papéis fundamentais da microbiota
Desenvolvimento do sistema imune Regulação energética Degradação de carboidratos complexos Ativação da assimilação de nutrientes Síntese de vitaminas Proteção contra patógenos invasores Competição por nutrientes Competição por sítios de ligação Produção de antibióticos Produção de bacteriocinas

23 Desenvolvimento do sistema imune
Estudos com camundongos “germ-free”, sem microbiota Animais “germ-free”: Número alterado de diversas células do sistema imune Estruturas linfóides alteradas Baço, linfonodos e Placas de Peyer mal desenvolvidos Número de células B produtoras de IgA reduzido Níveis de IgA e IgG secretadas reduzido Perfil de citocinas alterado Desenvolvimento de tolerância oral reduzido Efeito da microbiota é drástico mas não surpreende  maior fonte de antígenos para o sistema imune

24 Regulação energética Observação de que animais “germ-free” precisam consumir mais calorias Microbiota  metabolismo de fibras da dieta  transformação em ácidos graxos  fontes de energia Modulação da expressão de lipases importantes para o metabolismo de lipídios Modulação da absorção de ácidos graxos em adipócitos

25 Proteção contra patógenos invasores
Observações sobre o efeito de antibióticos na susceptibilidade a infecções Colite pseudomembranosa: Causada por Clostridium difficile Tratamento com antibióticos de amplo espectro, clindamicina, cefalosporinas Modelos animais: Camundongos tratados com antibióticos Aumento da susceptibilidade a infecções entéricas

26 Doenças associadas à microbiota
Doenças locais Doença inflamatória intestinal Câncer Colite pseudomembranosa Doenças sistêmicas Obesidade Diabetes Alergia Autismo

27 Doença Inflamatória Intestinal
Inflamação descontrolada Lesões disseminadas pelo intestino Causa desconhecida Envolvimento da microbiota: Microbiota aberrante em DII Antibióticos  controle dos sintomas Reação imune excessiva a epítopos microbianos Alta incidência de E. coli, Mycobacterium avium Baixa incidência de Faecalibacterium prausnitzii Causa ou consequência?

28 Câncer Gastrite  úlcera  carcinoma gástrico
Originalmente  stress, genética Infecção por Helicobacter pylori Inflamação excessiva Efeitos citotóxicos diretos Metabolismo de nutrientes 50% da população mundial carreadora Carcinoma intestinal  microbiota alterada Clostridium, Bacteroides, Bifidobacterium  causadores Lactobacillus, Eubacterium  protetores

29 Obesidade Importância da microbiota para nutrição
Camundongos geneticamente obesos  redução de Bacteroidetes e aumento de Firmicutes Microbiota de humanos obesos e magros  composição semelhante Camundongos obesos  dieta  microbiota “magra” Transplante de microbiota, animais “germ- free”: Microbiota “obesa”  animal obeso Microbiota “magra”  animal magro Microbiota “obesa”  aumento de enzimas de degradação de carboidratos complexos

30 Autismo Uso excessivo de antibióticos  autismo tardio
Anormalidades gastrointestinais comuns em pacientes autistas Sintomas de autismo reduzidos após tratamento com antibióticos e probióticos  retornam após tratamento Clostridium spp.  abundância 10X maior em autistas Antibióticos que não afetam Clostridium  correlação doença Antibióticos que afetam Clostridium  correlação cura Mecanismos em potencial: Produção de neurotoxinas Autoimunidade Metabólitos tóxicos

31 Interações microbianas na microbiota humana
Mecanismos pouco elucidados Uso de moléculas para modular outros componentes do sistema Uso de moléculas pequenas em sinalização intercelular Hospedeiro  microbiota Microbiota  hospedeiro Microbiota  patógenos Patógenos  microbiota Patógeno  hospedeiro Hospedeiro  Patógeno

32 Interações microbianas na microbiota humana
Sekirov et al Physiol. Rev. 90:

33 Técnicas de estudo da microbiota
Métodos de cultivo e isolamento de microrganismos: Plaqueamento de amostras em meio rico Uso de meios seletivos Uso de meios indicadores Método mais clássico Simples Barato Não diferencia espécies ou cepas >80% da microbiota intestinal não pode ser cultivada!!!

34 Técnicas de estudo da microbiota
Cultivo de comunidades microbianas: Estudo do consórcio como um todo Permite a manipulação da comunidade Permite crescimento de alguns “não-cultiváveis”

35 Técnicas de estudo da microbiota
Métodos moleculares independentes de cultivo: Análise de DNA, RNA, proteínas ou metabólitos Modernos Podem ser complexos Mais caros Diferenciam espécies e cepas Teoricamente 100% da microbiota pode ser analisada Sequenciamento total de rDNA 16S Denaturing Gradient Gel Electrophoresis Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism Ribosomal Intergenic Spacer Analysis Fluorescence In Situ Hibridization Microarrays PCR quantitativo Metagenômica Metabolômica Metaproteômica Metatranscriptômica

36 Metagenômica Comunidade microbiana Simples Custo total alto
Custo por base baixo Cobertura “ilimitada” Loman et al Nat. Rev. Microbiol. 10:

37 Curiosidades: Controle hormonal
antibióticos Antunes et al Antimicrob. Agents Chemother. 55(4): Pílula contraceptiva  uso de antibióticos  diminuição da eficácia Mecanismos desconhecidos Uso de antibióticos  destruição da microbiota  desregulação hormonal

38 Curiosidades: Transplante fecal
Uso de antibióticos  destruição da microbiota  infecções oportunistas Infecção por Clostridium difficile  colite pseudomembranosa Difícil de tratar Recorrente

39 O estudo da microbiota continua crescendo
Sekirov et al Physiol. Rev. 90:

40 O estudo da microbiota continua crescendo
Novos microrganismos Novas moléculas: drogas anti-infecciosas, antibióticos, drogas imunomodulatórias… Novas curas!

41 Entendimento de SAÚDE e DOENÇA
COMMENSALS Immune development Metabolism Protection Competition HOST PATHOGENS Immune responses Disease