Ha¡ muito interesse agora em como diferentes microbiomas - como o composto por todas as bactanãrias em nossos intestinos - poderiam ser aproveitados para melhorar a saúde humana e curar doena§as. Mas Daniel Segra¨ tem como objetivo uma visão muito mais ambiciosa de como o microbioma pode ser manipulado para o bem: "Para ajudar a sustentar nosso planeta, não apenas nossa própria saúde."

Segra¨, diretor da Boston University Microbiome Initiative, diz que ele e outros cientistas em seu campo de biologia sintanãtica e de sistemas estãoestudando microbiomas - comunidades microsca³picas de bactanãrias, fungos ou uma combinação daqueles que exercem influaªncia uns sobre os outros e o ambiente circundante. Eles querem saber como os microbiomas podem ser direcionados para realizar tarefas importantes, como absorver mais carbono atmosfanãrico , proteger os recifes de coral da acidificação do oceano, melhorar a fertilidade e o rendimento das terras agra­colas e apoiar o crescimento de florestas e outras plantas, apesar dasmudanças nas condições ambientais .

"Os micróbios nos afetam como humanos por meio de seus pra³prios processos metaba³licos, eles afetam nosso planeta por meio do que consomem e secretam, ajudam a criar o oxigaªnio que respiramos", diz Segra¨, professor de biologia e bioinforma¡tica da Faculdade de Artes e Ciências da BU, e um Professor da Faculdade de Engenharia de Engenharia Biomédica. "Muito tempo atrás, os micróbios tornaram a vida multicelular possí­vel."

Mas, ao contra¡rio de muitos outros bia³logos sintanãticos que estãotrabalhando para melhorar ou criar geneticamente os micróbios diretamente, Segra¨ estãomais interessado em como direcionar o comportamento de um microbioma ajustando as condições ambientais em que vive - uma abordagem que ele diz que poderia ser melhor descrita como " ecologia sintanãtica. "

"A abordagem mais tradicional da biologia sintanãtica seria manipular os genomas dos micróbios", diz Segra¨. "Mas estamos tentando manipular ecossistemas microbianos usando moléculas ambientais."

"Sabemos que as interações microbianas com o meio ambiente são importantes", diz Alan Pacheco, que obteve seu doutorado. em bioinforma¡tica trabalhando no laboratório de Segra¨. Algumas dessas interações beneficiam várias espanãcies microbianas, algumas beneficiam apenas uma espanãcie em uma comunidade e algumas podem ser prejudiciais a certas espanãcies, diz ele. "Mas ainda hámuito que não sabemos sobre por que essas interações acontecem da maneira que acontecem."

Em um novo estudo publicado recentemente na Nature Communications, Segra¨, Pacheco e sua colaboradora Melisa Osborne, uma cientista pesquisadora do laboratório de Segra¨, exploraram como a presença de 32 moléculas ou nutrientes ambientais diferentes, sozinhas ou em combinação com outros, influenciaria o crescimento taxa de comunidades microbianas e a mistura de diversas espanãcies que constituem um determinado microbioma.

"No fundo de nossas mentes, ta­nhamos essa ideia de dieta, emoldurada por estudos que analisaram as diferenças no microbioma intestinal com base nas dietas ocidentais e de caçadores-coletores", disse Pacheco, que agora épa³s-doutorado na ETH Za¼rich. As dietas de caçadores-coletores, oportunistas e compreendendo uma ampla gama de fontes de alimentos vegetais, são consideradas muito mais diversificadas do que a dieta ocidental, razãopela qual se acredita que a dieta do caçador-coletor cultiva um intestino mais sauda¡vel.

Mas os resultados experimentais surpreenderam a equipe. Eles esperavam ver o crescimento e a diversidade de microbiomas aumentando a  medida que os "insetos" tivessem mais acesso a uma variedade de alimentos - uma variedade de carbonos, incluindo açúcares, aminoa¡cidos e polímeros complexos - mas não foi isso que seus experimentos cuidadosamente controlados revelaram. Em vez disso, eles observaram que a competição por comida entre diferentes espanãcies de micróbios dificultava a diversificação dentro da comunidade microbiana.

"Nossos resultados demonstram que a complexidade ambiental por si são não ésuficiente para manter a diversidade da comunidade e fornecem orientação prática para projetar e controlar ecossistemas microbianos ", escrevem os autores.

Então, quais são os mecanismos que controlam a diversidade de um microbioma? “Vai levar algum tempo para descobrir a causa de todas essas interações”, diz Segra¨.

Embora o aumento da variedade de fontes de alimentos não tenha aumentado a variedade de espanãcies microbianas em seus experimentos, mais comida alimentou mais crescimento microbiano. “Descobrimos que a produção depende do número total de fontes de carbono, mas não da variedade dessas fontes”, diz Segra¨. "a‰ como pessoas em um piquenique - se um número suficiente de pessoas vier para um piquenique, não importa a distribuição de diferentes alimentos, eventualmente tudo serácomido. Em muitos de nossos experimentos, as comunidades microbianas usaram atéa última gota de fonte de carbono para a extensão máxima. "

Pacheco acrescenta que se alguém pode consumir algo, outra pessoa pode vencaª-lo na competição. "Nossos experimentos mostraram que o modulador crucial na diversidade microbiana éo quanto esses diferentes organismos competem uns com os outros por recursos", diz ele. "Quanto mais organismos competirem, menos diversificada seráa comunidade."

A equipe planeja fazer mais pesquisas sobre fatores ambientais adicionais, investigando como o acesso a nutrientes e a variedade mudam as comunidades microbianas ao longo do tempo, e como o meio em que a comunidade microbiana vive afeta seu consumo e secreção de molanãculas. Eles também estãoexplorando como os processos metaba³licos entre diferentes espanãcies microbianas podem interagir e interagir uns com os outros, e como a capacidade de alguns organismos de consumir vários recursos sequencialmente ou simultaneamente afeta o microbioma em geral.

Desbloquear e, eventualmente, controlar todos esses "botaµes e botaµes" ambientais poderia abrir portas para o uso de microbiomas para influenciar o metabolismo humano e a saúde ou estados de doença nas pessoas e nos ecossistemas naturais.