Genes móveis da mãe moldam o microbioma do bebê

Uma mãe dá tudo de si ao seu bebé: amor, abraços, beijos… e um poderoso exército de bactérias.

Essas células simples, que passam da mãe para o bebê no nascimento e nos meses de contato íntimo que se seguem, formam as primeiras sementes do microbioma da criança – a comunidade em evolução de microrganismos simbióticos ligados ao funcionamento saudável do corpo. Pesquisadores do Instituto Broad do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e da Universidade de Harvard conduziram recentemente a primeira pesquisa em larga escala de como os microbiomas de uma mãe e seu bebê coevoluem durante o primeiro ano de vida. seu novo estudo, publicado em Célula em dezembro descobriu que essas contribuições maternas não se limitam a células completas. Pequenos fragmentos de DNA, chamados de elementos genéticos móveis, saltam das bactérias da mãe para as bactérias do bebê, mesmo meses após o nascimento.

Essa forma de transferência, que nunca foi vista antes no cultivo do microbioma de uma criança, pode desempenhar um papel crucial na promoção do crescimento e desenvolvimento. Compreender como o microbioma de uma criança evolui pode explicar por que algumas crianças são mais predispostas a certas doenças do que outras, disse Victoria Carr, um bioinformático principal do Instituto Wellcome Sanger que não fez parte do estudo.

“É uma grande questão: como conseguimos nossos micróbios?” disse Nicola Segata, professor da Universidade de Trento, na Itália, que também não fez parte do estudo.

Nossos corpos abrigam tantas células bacterianas quanto células humanas, e a maioria delas vive dentro de nossas entranhas. Cada um de nós abriga bibliotecas massivamente diversas de espécies bacterianas e cepas adquiridas ao longo da vida. Mas os bebês começam quase estéreis. Acredita-se que a primeira grande infusão de micróbios venha da mãe durante o parto, quando o bebê sai do útero. Esse presente bacteriano cria o andaime para uma próspera comunidade microbiana no corpo que nos sustenta pelo resto de nossas vidas. (Os bebês nascidos por cesariana não recebem a mesma infusão inicial de micróbios que os bebês recebem do parto vaginal, mas os coletam lentamente mais tarde.)

Um dos efeitos do microbioma, explicou Segata, é condicionar o sistema imunológico e o metabolismo de seu hospedeiro durante os primeiros anos de vida. Esses dias de treinamento inicial “podem ter consequências duradouras que ainda são difíceis de compreender”, disse ele.

Isso porque acredita-se que os metabólitos, ou produtos químicos do metabolismo, produzidos pelo microbioma influenciem o desenvolvimento do sistema imunológico e cognitivo de um bebê, particularmente durante um período sensível nos 1,000 dias antes e depois do nascimento, disse Karolina Jabbar, internista e pesquisador da Universidade de Gotemburgo, coautor principal do novo artigo.

No novo estudo, liderado por Ramnik Xavier, diretor do Klarman Cell Observatory no Broad Institute, os pesquisadores coletaram amostras de fezes de 70 pares de mães e seus bebês, começando no início da gravidez e continuando no primeiro ano do bebê. Os pesquisadores então examinaram a mistura de micróbios e compostos presentes nas amostras e realizaram análises genéticas para determinar quais espécies e quais cepas de micróbios estavam presentes. Com esses dados, eles puderam ver como os microbiomas das mães e dos bebês evoluíram durante esse período.

Como eles esperavam, os microbiomas dos bebês eram diferentes dos de suas mães, e a influência da dieta em seus microbiomas era clara. Os bebês tinham centenas de metabólitos que suas mães não tinham.

A grande surpresa para a equipe foi que, mesmo quando um bebê não tinha cepas bacterianas úteis presentes na mãe, o microbioma do bebê ainda continha fragmentos de genes pertencentes a essas cepas.

“Como a espécie poderia influenciar a composição microbiana infantil sem sequer fazer parte dela?” disse Jabbar. Ela e seus colegas de laboratório começaram a se perguntar se isso poderia ser explicado pela transferência horizontal de genes, um processo peculiar no qual os genes de uma espécie saltam para outra espécie em vez de serem transmitidos para uma prole. As transferências horizontais de genes são comuns dentro das comunidades de bactérias - elas contribuem muito para a disseminação de genes resistentes a antibióticos em uma variedade de patógenos, por exemplo - e também foram encontradas. em organismos multicelulares.

Ainda assim, os pesquisadores não estavam preparados para ver centenas de genes pulando entre as comunidades bacterianas – do microbioma da mãe ao do bebê. “É uma daquelas coisas em que você mesmo não acredita a princípio”, disse Tommi Vatanen, que é pesquisador da Universidade de Helsinque e co-autor principal do artigo.

Os pesquisadores especulam que as transferências horizontais de genes podem ser mais óbvias quando as bactérias que prosperam no intestino da mãe não conseguem sobreviver no ambiente desconhecido do intestino do bebê. As bactérias maternas podem entrar no corpo do bebê através do leite materno ou como esporos liberados que o bebê engole. Algumas bactérias inevitavelmente deixarão de colonizar o corpo da criança e desaparecerão. Mas eles podem durar o suficiente para que certas sequências de genes entrem em bactérias mais bem-sucedidas. Se essas sequências genéticas se enraizarem nos genomas das bactérias dentro do intestino do bebê, elas podem trazer as funções que codificam.

“O fato de que mesmo uma existência transitória de uma célula doadora pode ter um impacto tão grande sobre as persistentes é realmente fascinante”, disse Carr.

Em alguns casos, esses saltos podem ter sido possíveis por profagos – vírus dormentes que se replicam em bactérias. No ambiente estressante do intestino do bebê, os profagos podem se tornar ativos e começar a se mover entre as bactérias, carregando genes bacterianos embutidos com eles.

Em sua análise de amostras de fezes infantis, Vatanen, Jabbar e seus colegas identificaram um exemplo aparente: um profago que foi integrado ao DNA de uma espécie bacteriana apareceu em uma bactéria diferente meses depois.

“É uma evidência bastante convincente de que esse fago em particular saltou entre duas espécies diferentes”, disse Vatanen. Os pesquisadores também descobriram que os genes saltavam entre as espécies bacterianas de outras maneiras, como por meio do contato direto célula a célula ou por meio de uma célula bacteriana que engolfava o DNA liberado no meio ambiente.

Um grande grupo de genes que saltou codificou a maquinaria celular que torna possível a transferência horizontal de genes. Outras sequências móveis ajudaram no metabolismo de carboidratos e aminoácidos e podem, portanto, ter beneficiado muito as bactérias. Por exemplo, os resultados sugerem que genes relacionados à digestão de carboidratos encontrados no leite materno podem ser compartilhados de mães para bebês dessa maneira, disse Jabbar. Os pesquisadores não sabem ao certo se as transferências horizontais beneficiam diretamente o bebê, mas ao montar um microbioma intestinal mais capaz, elas podem ajudar no desenvolvimento do sistema imunológico do bebê.

Algumas dessas sequências genéticas apareceram em novas bactérias meses após o nascimento, o que sugere que as transferências continuaram a ocorrer durante esse período. Não está claro se as transferências também aconteciam antes do nascimento, mas os pesquisadores descobriram que o microbioma da mãe evoluiu durante a gravidez. Algumas das mudanças pareciam afetar a capacidade do corpo de tolerar a glicose. Essas descobertas sugerem que o diabetes que algumas pessoas desenvolvem durante a gravidez pode estar ligado ao microbioma.

Quando os pesquisadores coletaram amostras de fezes dos bebês, eles também coletaram amostras de suas células imunológicas. Agora eles planejam usar essas amostras para examinar como as bactérias que os bebês carregam, incluindo as bactérias que contêm esses elementos móveis, interagem com as células imunológicas. As percepções desses experimentos podem levar a uma melhor compreensão de como e por que algumas pessoas desenvolvem alergias ou doenças autoimunes.

A existência de tais elementos móveis é conhecida desde que a geneticista pioneira Barbara McClintock os descobriu na década de 1940, uma conquista pela qual ela ganhou o Prêmio Nobel. “Mas nunca foi realmente caracterizado com tanta profundidade até recentemente”, disse Carr. “Agora que estamos obtendo mais informações, percebemos que, na verdade, os elementos genéticos móveis estão tendo um impacto maior do que pensávamos anteriormente.”

Acontece que em nós esse impacto começa muito cedo na vida.