O microbioma intestinal é tão útil para a digestão e a saúde humana que costuma ser chamado de órgão extra-digestivo. Esta vasta coleção de bactérias e outros microrganismos no intestino ajuda-nos a decompor os alimentos e a produzir nutrientes ou outros metabolitos que afetam a saúde humana de inúmeras maneiras.

Uma nova investigação da Universidade de Chicago mostra que alguns grupos destes ajudantes microbianos também são incrivelmente engenhosos, com um grande repertório de genes que os ajudam a gerar energia para si próprios e potencialmente também a influenciar a saúde humana.

O artigo, publicado nesta quinta-feira, 4, na Nature Microbiology , identificou 22 metabólitos que três famílias distantemente relacionadas de bactérias intestinais usam como alternativas ao oxigênio para a respiração no ambiente anaeróbico do intestino.

Estas bactérias também têm centenas de cópias de genes para produzir as enzimas que processam estes metabolitos alternativos – muito mais do que foi medido em bactérias que vivem fora do intestino. Estes resultados sugerem que as bactérias intestinais anaeróbicas também podem ter a capacidade de produzir energia a partir de centenas de outros compostos.

“Estes são exemplos de alguns dos metabolismos peculiares que atuam em todos esses diferentes metabólitos produzidos pelo microbioma intestinal ”, disse Sam Light, Ph.D., Professor Assistente de Microbiologia da Família Neubauer na UChicago e autor sênior do estudo.

“Isto é interessante porque uma das principais formas pelas quais o microbioma impacta a nossa saúde é produzindo ou modificando estas pequenas moléculas que podem então entrar na nossa corrente sanguínea e agir como drogas”.

No nível do organismo, normalmente pensamos na respiração como o processo de respirar oxigênio. No nível celular , a respiração descreve um processo bioquímico gerador de energia. A maioria das células usa oxigênio para respirar, mas em ambientes anaeróbicos como o interior do intestino, as células evoluíram para usar outras moléculas.

As células possuem dois tipos principais de metabolismo para produzir energia: fermentação e respiração. Na fermentação, a célula quebra moléculas para gerar energia diretamente.

A respiração envolve duas moléculas: um doador de elétrons e um aceitador de elétrons. Um exemplo clássico desse processo usa glicose como doador e oxigênio como aceitador. As células decompõem a glicose transportando os elétrons extraídos através de uma série de etapas antes de sua transferência final para uma molécula de oxigênio. Isso estimula a célula a gerar ATP, ou trifosfato de adenosina : a fonte básica de energia para uso e armazenamento no nível celular.

A maioria dos micróbios que vivem no intestino utiliza fermentação, mas também existem vários tipos conhecidos de bactérias com metabolismo respiratório, incluindo aquelas que utilizam aceitadores de elétrons de dióxido de carbono e sulfato.

Para o novo estudo, Light e seus colegas analisaram um banco de dados de mais de 1.500 genomas de um banco de dados de bactérias intestinais humanas. Eles observaram uma distribuição surpreendente de genes que produzem redutases, enzimas que utilizam diferentes aceitadores de elétrons respiratórios. Embora a maioria dos genomas codifique apenas algumas redutases, um pequeno subconjunto codifica mais de 30 redutases diferentes.

Estas bactérias não estavam intimamente relacionadas; eles vieram de três famílias distintas e distantemente relacionadas (Burkholderiaceae, Eggerthellaceae e Erysipelotrichaceae) separadas por centenas de milhões de anos de história evolutiva.

Estas bactérias parecem ser mais engenhosas do que bactérias com metabolismo respiratório que vivem fora de um organismo hospedeiro, que utilizam principalmente compostos inorgânicos. As bactérias respiratórias intestinais que Light e a equipe identificaram são especializadas em vários metabólitos orgânicos, o que faz sentido dado o fornecimento constante de alimentos.

“Há muita matéria orgânica no intestino que vem dos alimentos que comemos. É quimicamente complexo e são necessárias mais enzimas para acomodá-la nesse ambiente”, disse Light. “Acreditamos que esta variedade de genes permite que as bactérias intestinais utilizem muitas coisas diferentes que surgem no seu caminho”.

Alguns dos metabólitos que utilizam também têm implicações interessantes para a saúde humana no intestino. Pessoas com diabetes tipo 2, por exemplo, apresentam níveis mais elevados de um subproduto de aminoácido chamado propionato de imidazol no sangue. Outro metabólito , o resveratrol, impacta vários processos metabólicos e do sistema imunológico, e o itaconato é produzido por macrófagos em resposta a infecções.

Light espera que mais pesquisas como esta nos ajudem a compreender a função de diferentes micróbios no intestino, o que, por sua vez, pode ser aproveitado para melhorar a saúde.

"Espero que a nossa compreensão destes diferentes metabolismos e de como funcionam nos permita encontrar estratégias para intervir - seja através da dieta ou farmacologicamente - para modular o fluxo de metabolitos através destas várias vias", disse ele. “Portanto, em qualquer contexto, como diabetes tipo 2 ou após uma infecção, poderíamos controlar quais metabólitos estão sendo produzidos para ter um benefício terapêutico”.