Na ciência, algumas das descobertas mais interessantes acontecem por acaso.
Foi isso que aconteceu no laboratório de Karina Xavier, investigadora do GIMM, quando a sua equipa, que estudava como a dieta e os antibióticos afetam o microbiota intestinal, se deparou, inesperadamente, com uma bactéria ‘amiguinha’.

“Não estávamos à procura de um agente bioterapêutico vivo”, recorda Karina. “Estávamos a testar como a comunicação bacteriana e o tratamento com antibióticos afetavam a recuperação do microbiota intestinal. Mas havia uma bactéria que estava sempre a aparecer — e com um efeito muito claro.”

Alguns dos ratinhos de laboratório, tratados com antibióticos e depois expostos a Escherichia coli, resistiam à infeção. A diferença entre os que resistiam e os outros, descobriu a estudante de doutoramento Ana Rita Oliveira, era a presença de uma única espécie de Klebsiella não patogénica que parecia proteger o intestino contra infeções.

Esta observação deu origem ao primeiro artigo sobre o assunto, publicado na Nature Microbiology (2020), no qual a equipa demonstrou que a troca microbiana entre hospedeiros e a competição por nutrientes são mecanismos-chave para restaurar as defesas naturais do microbiota intestinal após o uso de antibióticos.

A bactéria, acabada de descobrir, era uma estirpe de Klebsiella, pertencente à mesma família da temida Klebsiella pneumoniae — responsável por pneumonias e infeções hospitalares — mas, neste caso, totalmente inofensiva. Os investigadores batizaram-na de Klebsiella sp. ARO112 (ARO das iniciais de Ana Rita Oliveira).

“Pertence ao grupo das Klebsiella”, explica Karina. “As patogénicas, como K. pneumoniae, causam infeções graves. Mas esta é não patogénica — não causa doença e, na verdade, protege contra ela.”

Em ratinhos, os investigadores observaram que, quando a Klebsiella ARO112 estava presente, estirpes patogénicas de E. coli ou Salmonella Typhimurium tinham grande dificuldade em colonizar o intestino. As bactérias competiam pelo mesmo nicho ecológico e pelos mesmos nutrientes — açúcares e substratos simples — bloqueando eficazmente a entrada das estirpes nocivas. Em alguns testes, os níveis de infeção diminuíram para quase cem vezes menos.

Uma nova geração de agentes bioterapêuticos vivos

Animada por estes resultados, a equipa começou a olhar para esta bactéria de outra forma. Poderia tratar-se de um probiótico bioterapêutico de nova geração?

“Os probióticos que conhecemos hoje vêm sobretudo de alimentos — como as bactérias do ácido láctico usadas nos iogurtes”, explica Karina. “Os probióticos de nova geração são diferentes: são isolados do microbiota de humanos ou mamíferos saudáveis. Ainda estamos a começar a explorar o potencial destas bactérias naturalmente benéficas.”

Com esta ideia em mente, Ana Rita Oliveira juntou-se a Vítor Cabral para testar o efeito protetor da Klebsiella sp. ARO112 num contexto de doença, trabalho que agora publicaram na revista Nature Communications.

Escolheram um modelo particularmente desafiante: ratinhos com a mesma mutação genética comum em humanos com doença inflamatória intestinal (DII) — uma condição marcada por inflamação crónica, desequilíbrio no microbioma intestinal (disbiose) e elevada suscetibilidade a infeções intestinais.

“Estes animais têm um microbiota alterado, semelhante ao que observamos em pacientes com DII”, descreve Xavier. “Demos-lhes antibióticos — para simular uma situação clínica de controlo da inflamação — e depois infetámo-los com E. coli patogénica. Após isso, tratámos um dos grupos com a nossa estirpe de Klebsiella.”

Os resultados foram impressionantes!

Nos estudos anteriores, a estirpe benéfica reduzia a infeção por E. coli em cerca de 100 vezes, mas alguns patogénicos permaneciam. Neste modelo de doença, porém, a infeção foi completamente eliminada em quase todos os ratinhos tratados. “Aqui observámos eliminação total”, sublinha Karina. “Não só eliminou a infeção, como acelerou a recuperação do microbiota e reduziu a inflamação.”

Restabelecer o equilíbrio

O efeito protetor não resultou de a Klebsiella matar diretamente os patogénicos. Em vez disso, ajudou a restaurar o ecossistema microbiano — permitindo que outras bactérias benéficas recuperassem e produzissem metabolitos essenciais, como o butirato, que protege o revestimento intestinal e reduz a inflamação.

“Estes bons metabolitos não são produzidos pela nossa bactéria”, explica. “São produzidos por outras bactérias que recuperam mais depressa quando esta Klebsiella está presente. Esta ajuda o ecossistema a reencontrar o equilíbrio — e é esse equilíbrio que protege contra a infeção e a inflamação.”

Ou seja, a ‘nossa’ bactéria atuou de forma indireta mas poderosa: ao ajudar o microbiota a sarar, permitiu que as defesas naturais do hospedeiro repusessem o equilíbrio.

O efeito foi não só mais forte do que em modelos anteriores, como também melhor do que o de E. coli Nissle 1917, um probiótico comercial amplamente utilizado na Europa. “Comparámos a nossa estirpe com a E. coli Nissle, muito usada na Alemanha”, refere Karina. “A Nissle não funcionou neste modelo inflamatório. Não é que seja um mau probiótico — simplesmente não atua neste tipo de ecossistema. O intestino é complexo; o que funciona num contexto pode não funcionar noutro.”

Segura por natureza

Dado que muitas Klebsiella são conhecidas pela resistência a antibióticos, a segurança era uma preocupação central. Antes de avançar, a equipa realizou vários testes comparativos entre a ARO112, estirpes patogénicas e isolados clínicos, em colaboração com o laboratório de Carles Ubeda no FISABIO (Valência).

Os resultados foram tranquilizadores: não produz biofilmes; não adquire facilmente plasmídeos de resistência a antibióticos; e, surpreendentemente, mesmo quando lhe é dado artificialmente um plasmídeo de resistência, perde-o naturalmente em poucos dias.

“Esperávamos que se comportasse como outras Klebsiella, adquirindo facilmente genes de resistência”, diz Karina. “Mas não — parece rejeitar DNA estranho. Foi uma surpresa, e torna-a muito mais segura, porque reduz o risco de adquirir resistência a antibióticos”, um problema crítico em contexto hospitalar.

A bactéria também não permanece indefinidamente no intestino: à medida que o microbiota recupera, o seu número diminui naturalmente. Preenche temporariamente um nicho ecológico, ajuda o ecossistema a reequilibrar-se e depois desaparece. Em termos evolutivos, é uma ajudante transitória — o equivalente microbiano de um bombeiro voluntário.

Do laboratório à aplicação

Poderá esta bactéria protetora vir a existir num comprimido? Possivelmente — mas será necessário tempo e testes rigorosos.

Por ser um habitante natural do intestino, a ARO112 poderia ser usada para restaurar o microbiota após tratamentos com antibióticos, reduzindo o risco de infeção e inflamação.

Ao contrário dos transplantes fecais — usados atualmente em alguns contextos clínicos, mas complexos e dispendiosos — um agente bioterapêutico vivo e definido seria preciso, seguro e fácil de administrar.

“Vamos continuar a precisar de antibióticos — são essenciais!”, afirma Karina. “Mas, inevitavelmente, os antibióticos perturbam o microbiota. Um dia, poderemos tomar um antibiótico e depois segui-lo de uma bactéria como esta para restaurar o equilíbrio. Essa é a visão dos probióticos bioterapêuticos de nova geração: usar bactérias que já vivem naturalmente nos nossos intestinos.”

A história da Klebsiella ARO112 reflete uma transformação mais ampla na investigação do microbioma.

Durante anos, pensou-se que as bactérias intestinais eram demasiado difíceis de cultivar e estudar. Mas os avanços na sequenciação de DNA e nas técnicas de cultivo microbiano da última década tornaram possível identificar e isolar novas estirpes benéficas diretamente do microbiota humano.

“Há quinze anos, era quase impossível cultivar estas bactérias no laboratório”, recorda Karina. “Agora, não só conseguimos detetá-las por sequenciação, como também cultivar e estudar em detalhe. É por isso que a investigação do microbioma está a explodir — estamos finalmente a aprender como funcionam estes ecossistemas invisíveis.”

De uma observação inesperada em ratinhos a uma candidata para desenvolvimento clínico, a Klebsiella sp. ARO112 representa uma mudança de paradigma: uma bactéria outrora ignorada devido aos seus parentes de má fama pode, em breve, ajudar a curar o intestino, reduzir a inflamação e proteger contra infeções — não através da eliminação, mas da cooperação.

“Tudo se resume à ecologia”, conclui Karina. “Um microbiota saudável não é um campo de batalha — é uma comunidade equilibrada. O nosso trabalho é perceber como manter esse equilíbrio e, às vezes, basta a bactéria certa no momento certo.”

Sara Sá
Communicação de Ciência GIMM