O que nos podem dizer os micróbios sobre quem somos? Como moldam a nossa saúde, influenciam a doença, competem uns com os outros? E será que poderemos, um dia, aprender a modificá-los para trabalharem a nosso favor?
Estas foram algumas das questões levantadas durante o GIMM Fest, que decorreu em Lisboa, de 17 a 19 de setembro, reunindo cientistas do GIMM e de instituições de investigação de referência de todo o mundo para explorar as muitas formas como os micróbios interagem com o nosso organismo e com o ambiente que nos rodeia.
Podemos dizer que tudo começou com a ideia de que não somos inteiramente humanos.
A abrir o programa científico, com uma palestra keynote, Yasmine Belkaid, Presidente do Institut Pasteur, descreveu os seres humanos como “metaorganismos”, constantemente moldados pelas nossas interações com os micróbios. O microbioma, explicou, não se limita a coexistir connosco: influencia a nossa fisiologia e a capacidade do sistema imunitário para nos defender dos agentes patogénicos. No entanto, apesar de décadas de investigação, estamos ainda no início da compreensão destas relações. “Estamos apenas no início de uma viagem extraordinária de compreensão destas interações”, afirmou.
Para Belkaid, esta complexidade é também uma razão para sermos otimistas. “O mundo é complexo”, disse ao público, “mas a ciência nunca foi tão poderosa como é agora. Estou imensamente otimista quanto àquilo que a ciência tem para nos dar.”
Quando os micróbios e o organismo comunicam
Várias palestras exploraram o diálogo constante entre os micróbios e o organismo humano e também o que acontece quando há “ruído” ou quando esse diálogo se altera.
Luísa Figueiredo, do GIMM, apresentou parte do seu trabalho sobre Trypanosoma brucei, o parasita responsável pela doença do sono. Com o seu trabalho de investigação mostrou como o parasita pode desencadear a libertação de gordura pelas células do tecido adiposo, levando, na prática, o organismo hospedeiro a queimar gordura. O mecanismo ainda está a ser estudado, mas levanta uma questão mais abrangente: “Quantas estratégias biológicas estarão escondidas nas interações entre hospedeiros e micróbios?”
Carolina Lucas, da Universidade de Yale, abordou outro tipo de memória biológica: a memória do sistema imunitário. O seu trabalho mostrou como a exposição anterior a vírus pode influenciar a forma como o organismo responde a uma vacina. Em estudos sobre dengue, essa história acumulada pelo organismo pode condicionar a resposta à vacinação. “A memória é poderosa, mas o custo é a flexibilidade”, explicou.
As ligações estendem-se para além do sistema imunitário. Daniel Mucida, da Universidade Rockefeller, descreveu três vias através das quais o intestino pode influenciar o cérebro: “uma é neuronal, outra é através dos metabolitos e a terceira é através do sistema imunitário”.
Também do GIMM, Miguel Soares falou sobre o seu trabalho, que procura compreender a resposta à infeção como um processo que envolve todo o organismo, com uma forte componente metabólica e potencialmente também neurológica. “O nosso entendimento é que a resposta à infeção é integrada, de todo o organismo”, explicou.
Um mundo microscópico de competição
Os micróbios interagem constantemente connosco e também interagem continuamente entre si. Kevin Foster, da Universidade de Oxford, explorou a forte competição que ocorre entre bactérias, com os micróbios a disputarem nutrientes e a utilizarem armas moleculares especializadas contra os seus rivais. Mas esta guerra microbiana não é necessariamente uma má notícia para nós. Uma comunidade bacteriana diversificada pode proteger o hospedeiro através da resistência à colonização: ao consumir os nutrientes e ocupar os nichos ecológicos de que um agente patogénico necessita, as bactérias residentes podem impedir que este se instale. “O facto de os micróbios serem competitivos não é, na verdade, uma coisa má”, sublinhou Foster.
O seu trabalho sugere que controlar comunidades microbianas exigirá muito mais do que simplesmente saber que espécies estão presentes. É também necessário compreender o que consomem e produzem, onde vivem e como interagem. “Para compreender verdadeiramente estas comunidades, vamos ter de pensar tanto no metabolismo como na estrutura espacial.”
Joy Bergelson, da Universidade de Nova Iorque, acrescentou outra camada de complexidade: bactérias pertencentes à mesma espécie não são necessariamente iguais.
A sua equipa estudou 258 estirpes bacterianas pertencentes a duas espécies que colonizam naturalmente a Arabidopsis thaliana, testando milhares de combinações. Descobriram que estirpes da mesma espécie podem competir intensamente entre si, enquanto algumas são particularmente eficazes a resistir à competição. Uma maior diversidade genética dentro de uma espécie pode, na realidade, favorecer a coexistência de diferentes espécies e ajudar a manter comunidades microbianas mais diversificadas. “Para compreender um microbioma”, sugere o seu trabalho, “temos de olhar não apenas para as espécies, mas também para a diversidade dentro de cada espécie.”
Podemos prever o que os micróbios vão fazer?
Compreender estas comunidades poderá, no futuro, permitir-nos não apenas observá-las, mas também prever o seu comportamento. Roy Kishony, do Technion – Israel Institute of Technology, apresentou trabalho que combina informação dos históricos clínicos de milhões de doentes com dados sobre o microbioma, procurando sinais que possam permitir prever se uma futura infeção poderá ser resistente a determinados antibióticos. E tudo isto, potencialmente, meses antes de essa infeção ocorrer. Ao mesmo tempo, a aprendizagem automática e a inteligência artificial estão a tornar-se parte das ferramentas utilizadas pelos cientistas para lidar com esta complexidade. “Toda a comunidade está a desenvolver tecnologias e parte disso passa por adotar abordagens de aprendizagem automática e IA”, afirmou Kishony.
Carolina Tropini, da University of British Columbia, levou esta questão numa direção diferente, mostrando como o próprio ambiente físico dentro do intestino pode determinar quais os micróbios que sobrevivem. O seu trabalho centra-se no stress osmótico, as alterações na concentração de moléculas no intestino que podem ser provocadas pela alimentação, por problemas de absorção ou pelo uso de laxantes. Diferentes bactérias respondem de forma diferente a estas alterações: algumas conseguem adaptar-se, enquanto outras são eliminadas. Tropini desenvolveu também bactérias modificadas capazes de detetar alterações subtis no ambiente intestinal, incluindo perturbações que ainda não são detetáveis através das medidas clínicas convencionais. Um dos seus principais interesses é o desaparecimento das chamadas bactérias “em desaparecimento”: micróbios comuns em populações tradicionais, mas cada vez mais raros nas sociedades industrializadas. A sua equipa mostrou que Muribaculaceae, por exemplo, são particularmente sensíveis ao stress osmótico. Ao equipá-las com sistemas de resposta ao stress provenientes de bactérias mais adaptadas aos ambientes industrializados, conseguiram aumentar a sua resistência e permitir-lhes sobreviver a estas condições em ratinhos. Este trabalho levanta a possibilidade de que as terapias dirigidas ao microbioma não tenham necessariamente de passar apenas por repor as bactérias que desapareceram. Outra solução poderá ser equipar os micróbios vulneráveis com as ferramentas de que necessitam para sobreviver.
Da observação dos micróbios à sua engenharia
Este salto, da compreensão da biologia para a possibilidade de a alterar deliberadamente, foi uma das ideias mais fortes do festival. Matthew Chang, da National University of Singapore, explorou a forma como a biologia sintética pode transformar micróbios em ferramentas para estudar e potencialmente tratar doenças. A sua equipa modifica microrganismos para que detetem sinais no organismo e respondam produzindo moléculas específicas. Num dos exemplos apresentados, bactérias modificadas associadas à cavidade nasal foram utilizadas para produzir hormonas capazes de viajar do tecido nasal até ao cérebro. Noutro, duas bactérias intestinais modificadas receberam funções complementares que alteraram metabolitos associados a doença hepática e produziram efeitos na memória e em comportamentos semelhantes à ansiedade em ratinhos. O objetivo, em última análise, é tornar o microbioma experimentalmente controlável: micróbios capazes de detetar, responder e alterar o estado fisiológico do hospedeiro.
Jeffrey Barrick, da University of Texas, Austin, explorou uma aplicação diferente: as abelhas. O seu trabalho procura perceber se bactérias modificadas que vivem no intestino das abelhas poderão produzir moléculas de RNA capazes de atuar contra vírus, parasitas como o ácaro Varroa ou infeções fúngicas. Mas Barrick sublinhou também que modificar um micróbio é apenas o início. Uma vez libertadas num ambiente vivo, as bactérias evoluem. As condições de cultura em laboratório podem selecionar mutações que as tornam mais adaptadas ao laboratório, mas menos aptas a sobreviver dentro da abelha. As bactérias modificadas podem também trocar material genético com outras estirpes. “Se queremos que os micróbios modificados funcionem no mundo real, precisamos de compreender a sua ecologia e evolução”, afirmou.
Esta combinação de biologia sintética, ecologia e evolução aponta para um dos grandes desafios e também oportunidades que emergiram do festival: não podemos modificar sistemas vivos sem compreender como se comportam, interagem e evoluem.
A próxima pergunta
Ao longo dos dois dias científicos, o GIMM Fest passou de uma questão fundamental ‘como é que os micróbios nos moldam?’ para outras, cada vez mais difíceis: podemos prever as comunidades microbianas? Podemos controlá-las? Podemos modificá-las? E poderemos utilizá-las para recuperar funções biológicas, prevenir doenças ou até proteger outras espécies?
A CEO do GIMM, Maria Mota, lançou o desafio aos participantes logo no primeiro dia: “Este é um evento para fazer perguntas.” E, por isso, cada participante foi convidado a colocar pelo menos duas perguntas a outros investigadores. As perguntas vão continuar na próxima edição do Fest, que será organizado em colaboração com o Allen Institute e terá como tema a biologia sintética. Rui Costa, neurocientista português e Presidente e CEO do Allen Institute, descreveu esta colaboração como “uma honra”.
Se no GIMM Fest deste ano nos perguntamos o que é que os micróbios nos podem revelar sobre a saúde, a doença e o mundo vivo, a próxima edição irá centrar-se numa nova questão: O que podemos construir quando aprendemos a programar a vida?
