Saúde

Pesquisadores descobrem micróbios do fundo do mar invisíveis ao reconhecimento do padrão imunológico humano
A pesquisa é o resultado de cinco anos de estudo, em 2.000 milhas náuticas das águas centrais do Oceano Pacífico, com milhares de genes sequenciados e com grande parte do trabalho no mar sendo feito em um laboratório flutuante.
Por Jessica Colarossi Doug Most - 16/03/2021


Anna Gauthier (autor principal) e Aranteiti Tekiau (Kiribati) aproveitam o sol e as ondas no convés do R / V Falkor, examinando o ROV SuBastian de perto antes de mergulhar nas profundezas. Crédito: Schmidt Ocean Institute

Na maior e mais profunda área marinha protegida do mundo, uma equipe de especialistas em oceanos perscrutou mais de 3.000 metros abaixo da superfície para encontrar novos tipos de organismos microbianos que as pessoas nunca teriam encontrado antes. Esses micróbios - tipos de bactérias - podem agora abrir portas para novas maneiras de entender como o sistema imunológico responde a invasores completamente estranhos.

Um estudo colaborativo entre o Rotjan Marine Ecology Lab na Boston University, o Kagan Lab na Harvard Medical School, o Boston Children's Hospital, o governo de Kiribati e outros descobriu que existem algumas bactérias tão estranhas aos humanos que nossas células imunológicas não podem registrar que eles existem, anulando a crença de longa data da imunidade universal, ou que nossas células podem reconhecer qualquer bactéria com a qual interagem. Em vez disso, descobriu o estudo, algumas bactérias são definidas exclusivamente por seu habitat local ou arredores. Suas descobertas foram publicadas na sexta-feira, 12 de março, na Science Immunology .

"Nossa equipe descobriu e cultivou novos micróbios que são completamente imunossilientes ao sistema imunológico humano", diz Randi Rotjan, o que significa que a bactéria não desencadeou nenhuma reação ou resposta de nosso sistema imunológico inato . Rotjan, professor assistente de pesquisa de biologia da Universidade de Artes e Ciências da BU e coautor do artigo, diz que essa descoberta foi completamente inesperada.

A pesquisa é o resultado de cinco anos de estudo, em 2.000 milhas náuticas das águas centrais do Oceano Pacífico, com milhares de genes sequenciados e com grande parte do trabalho no mar sendo feito em um laboratório flutuante.

Rotjan, cuja pesquisa se concentra em recifes de corais vivos, diz que a natureza interdisciplinar de sua equipe também foi um grande ponto forte - com os coautores Anna Gauthier, uma estudante visitante na BU do Rotjan Lab, cuja pesquisa se concentra nos sistemas imunológicos marinhos organismos e Jonathan Kagan, que estuda as maneiras como as células interagem entre si e com os micróbios que encontram. Além de ser professor no departamento de biologia da BU, Rotjan é cocientista-chefe da Área Protegida das Ilhas Phoenix, uma extensão de habitats marinhos e terrestres em Kiribati - e o maior e mais profundo Patrimônio Mundial da UNESCO - onde o trabalho foi realizado. The Brink alcançou Rotjan, e este Q&A, que também reflete as descobertas e pesquisas de Gauthier e Kagan, foi condensado e editado.

The Brink: Como essa pesquisa começou?
 
Geralmente, presume-se que [nosso sistema imunológico inato] pode detectar qualquer micróbio - ou bactéria - que encontrarmos, inclusive em ambientes aos quais nunca estamos expostos, como o mar profundo. Porém, quanto mais nossa equipe falava, mais ficava claro que existem grandes lacunas em nosso conhecimento. Ninguém jamais havia realmente testado a universalidade das regras de imunidade. Com todos nós sentados na mesma sala, com diferentes perspectivas e experiências, percebemos que havia uma oportunidade única de explorar isso ainda mais.

Como essa pesquisa muda nossa compreensão da imunidade?

Para as bactérias do fundo do mar, os humanos são marcianos e vice-versa. As novas bactérias do fundo do mar que coletamos e testamos nunca teriam a oportunidade natural de interagir com os humanos - já que vivem milhares de metros abaixo da superfície. Então, fizemos as perguntas, o que aconteceria quando os organismos desses ecossistemas distintos interagirem? Passados ​​cinco anos, milhares de pratos derramados e um número imensurável de conversas, temos evidências de que o sistema imunológico dos mamíferos tem a capacidade de detectar bactérias microbianas em nosso habitat, não em habitats estranhos como o oceano profundo. A incapacidade dos receptores imunológicos de detectar a maioria das bactérias de um ecossistema diferente sugere que as estratégias de reconhecimento de padrões podem ser definidas localmente, não globalmente.

Corais duros no fundo do mar são multiplicadores da biodiversidade, hospedando
uma diversidade de estrelas do mar, crinóides, ouriços e outros taxa ao longo
dos penhascos verticais de um antigo vulcão nas águas do Pacífico equatorial da
Área Protegida das Ilhas Phoenix. Crédito: Schmidt Ocean Institute

Quais são as implicações dessas descobertas?

Todas as células de bactérias possuem um revestimento externo. O lipopolissacarídeo, ou LPS, é a camada mais externa da membrana bacteriana. Essa camada mais externa é o que permite que outros organismos o reconheçam. Os receptores LPS de células humanas, camundongos e caranguejos-ferradura foram incapazes de detectar 80% das bactérias do fundo do mar examinadas. Agora que sabemos disso, há uma necessidade premente de aprender mais sobre as interações hospedeiro-micróbio em cada ecossistema, pois novas descobertas podem ser feitas em cada habitat. Isso abre o potencial para novas ferramentas biológicas e terapêuticas. Por exemplo, usar a bactéria silenciosa como forma de administrar remédios ou terapia imunológica. Uma compreensão mecanicista de nosso próprio sistema imunológico, juntamente com uma maior compreensão da vida no fundo do mar, abre novos caminhos da ciência para ajudar simultaneamente a saúde humana, ao mesmo tempo que fornece uma justificativa importante para aumentar a proteção do oceano. A colaboração interdisciplinar realmente abre novos mundos.

Como é trabalhar neste laboratório flutuante?

É uma experiência completa e totalmente imersiva, em uma parte muito remota do mundo - além da nossa equipe e daqueles na ilha, as pessoas mais próximas perto de você estão na Estação Espacial Internacional. Trata-se de uma viagem de barco de sete dias do Havaí. O navio de pesquisa do Schmidt Ocean Institute em que trabalhamos, o R / V Falkor, custa mais de US $ 75.000 por dia para operar e está equipado com 38 telas na sala de controle - é uma loucura total. Havia cerca de 40 pessoas no navio, todas trabalhando com o objetivo único de ver os corais e coletar amostras. As bactérias são coletadas no fundo do mar, usando um robô do tamanho de um SUV, chamado SuBastian, controlado da superfície. O robô coletou corais, sugou sedimentos e sugou água que foi então analisada em nossos laboratórios em Massachusetts.

Kiribati, onde nossa equipe estava baseada em 2017, é listado pelas Nações Unidas como um país menos desenvolvido, e eles assumiram um compromisso incrivelmente grande com a preservação dos oceanos. Um aspecto importante deste estudo é que ele é um esforço colaborativo com o governo de Kiribati, mostrando a importância e a beleza das parcerias internacionais. O fundo do mar da Área Protegida das Ilhas Phoenix era praticamente desconhecido até agora. Esses novos micróbios podem ou não ser exclusivos da Área Protegida das Ilhas Phoenix - estudos futuros precisam ser realizados - mas a existência e a proeminência dessa área protegida impulsionaram pesquisas de ponta para esse pedaço de oceano em particular. Estudos como esses ajudam a demonstrar o valor das áreas marinhas protegidas e da conservação. Embora a maior parte do mar profundo seja desconhecido e invisível,

O que mais o entusiasma nessa descoberta?

A diversidade da vida microbiana e as estruturas químicas que elas expressam nas profundezas do mar são totalmente subexploradas. Este artigo fornece os primeiros exemplos detalhados e estabelece as bases fundamentais, mas há muito mais a ser feito. Agora que temos essa nova maneira de entender as interações de LPS com células humanas, podemos usá-la para entender mais sobre o sistema imunológico de mamíferos: como investigar as origens da resposta imune, identificar nuances nas vias de sinalização de reconhecimento microbiano e aumentar o potencial de imunoterapêutica.

O piloto de ROV Adam Whetmore voa no submersível SuBastian a bordo do R / V
Falkor para coletar uma amostra de coral com seu braço robótico, sob a direção
da equipe de ciência. Crédito: Schmidt Ocean Institute

O que você explorará em sua próxima expedição?

Estamos voltando ao mar com o Schmidt Ocean Institute em junho de 2021, com base nesta última expedição, onde descobrimos esses micróbios. Nossa próxima viagem será de volta no R / V Falkor, desta vez trabalhando em águas do Kiribati e dos Estados Unidos, já que elas possuem ilhas adjacentes no Pacífico central. Estaremos acompanhando este estudo inicial, mas também inverteremos esta questão para examinar o sistema imunológico de esponjas e corais no fundo do mar para entender as origens desses micróbios e como esses micróbios desempenham um papel em seus ambientes domésticos. A natureza é tão complexa e forneceu tantos mecanismos diferentes de resposta. Ainda há muito a explorar.

 

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