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O microbioma de um ser humano ou animal – a coleção de microorganismos muitas vezes benéficos, incluindo bactérias e fungos, que vivem em ou dentro de um organismo hospedeiro – pode desempenhar um papel importante na resposta imune geral do hospedeiro, mas não está claro como as vacinas contra patógenos afetam o microbioma. Um novo estudo liderado por pesquisadores da Penn State descobriu que uma nova vacina contra o mortal fungo quitrídio em sapos pode mudar a composição do microbioma, tornando os sapos mais resistentes à exposição futura ao fungo. O estudo, publicado em 12 de junho em uma edição especial da revista Philosophical Transactions da Royal Society B, sugere que a resposta do microbioma pode ser uma parte importante e negligenciada da eficácia da vacina.
“Os microorganismos que compõem o microbioma de um animal muitas vezes podem ajudar na defesa contra patógenos, por exemplo, produzindo substâncias benéficas ou competindo contra os patógenos por espaço ou nutrientes”, disse Gui Becker, professor associado de biologia da Penn State e líder da pesquisa. equipe. “Mas o que acontece com o seu microbioma quando você recebe uma vacina, como uma vacina COVID, uma vacina contra a gripe ou uma vacina viva atenuada como a vacina contra a febre amarela? Neste estudo, usamos sapos como um sistema modelo para começar a explorar esta questão .”
As rãs e outros anfíbios estão ameaçados pelo fungo quitrídio, que já levou à extinção de algumas espécies e a graves declínios populacionais em centenas de outras em vários continentes. Em espécies suscetíveis, o fungo causa uma doença de pele às vezes letal.
“O quitrídio é um dos piores patógenos, se não o pior, para a conservação da vida selvagem na história recente, e há uma necessidade crítica de desenvolver ferramentas para controlar sua disseminação”, disse Becker, que também é membro do One Health Microbiome Center e o Centro de Dinâmica de Doenças Infecciosas da Penn State. “Descobrimos que, em alguns casos, as vacinas podem induzir uma mudança protetora no microbioma, o que sugere que a manipulação cuidadosa do microbioma pode ser usada como parte de uma estratégia mais ampla para ajudar os anfíbios e talvez outros vertebrados a lidar com patógenos emergentes”.
Os pesquisadores aplicaram em girinos uma vacina, no caso uma dosagem não letal de um produto metabólico criado pelo fungo quitrídio. Após cinco semanas, eles observaram como a composição do microbioma havia mudado, identificando espécies individuais de bactérias e suas proporções relativas. Os pesquisadores também cultivaram cada espécie de bactéria no laboratório e testaram se os produtos específicos da bactéria facilitavam, inibiam ou não tinham efeito no crescimento do quitrídio, adicionando e comparando os resultados com um grande banco de dados dessas informações.
“Aumentar a concentração e a duração da exposição à profilaxia do produto quitrídio mudou significativamente a composição do microbioma, de modo que houve uma proporção maior de bactérias produtoras de substâncias anti-quitridas”, disse Samantha Siomko, estudante de mestrado no Laboratório Becker da Universidade do Alabama na época da pesquisa e primeiro autor do artigo. “Essa mudança protetora sugere que, se um animal fosse exposto ao mesmo fungo novamente, seu microbioma seria mais capaz de combater o patógeno”.
Tentativas anteriores de induzir uma mudança protetora no microbioma contavam com a adição de uma ou várias espécies de bactérias conhecidas por produzir metabólitos antifúngicos potentes, ou seja, probióticos. No entanto, segundo os pesquisadores, a bactéria deve competir com outras espécies no microbioma e nem sempre consegue se estabelecer como um membro permanente do microbioma.
“Essas rãs têm centenas de espécies de bactérias em sua pele que coletam de seu ambiente, e a composição muda regularmente, inclusive com a estação do ano”, disse Becker. “Tentar manipular a comunidade, por exemplo adicionando um probiótico bacteriano, é um desafio, porque a dinâmica na comunidade é muito complexa e imprevisível. Nossos resultados são promissores porque basicamente manipulamos toda a comunidade bacteriana em uma direção mais eficaz contra a luta contra o patógeno fúngico sem adicionar uma coisa viva que precisa competir por recursos para sobreviver.”
Notavelmente, o número geral de espécies – a diversidade – dentro do microbioma não foi afetado, apenas a composição e as proporções relativas das espécies. Os pesquisadores acreditam que isso é positivo, pois o declínio na diversidade do microbioma do sapo pode levar a doenças ou morte, e é geralmente aceito que a manutenção de um microbioma diversificado permite que a comunidade de bactérias e espécies de micróbios responda às ameaças de forma mais dinâmica e com maior redundância funcional.
Os pesquisadores sugerem que essa mudança adaptativa na composição do microbioma, que eles chamam de “memória do microbioma”, pode desempenhar um papel importante na eficácia da vacina. Além de entender os mecanismos por trás da mudança, a equipe de pesquisa espera estudar a ideia da memória do microbioma em sapos adultos, bem como em outras espécies de vertebrados no futuro.
“Nossa equipe colaborativa implementou uma técnica de profilaxia que dependia de produtos metabólicos derivados do fungo quitrídio”, disse Becker. “É possível que as vacinas baseadas em mRNA ou células vivas – como aquelas frequentemente usadas para proteger contra infecções bacterianas ou virais – possam afetar o microbioma de maneira diferente, e estamos empolgados em explorar essa possibilidade”.
Além de Becker e Siomko, a equipe de pesquisa inclui Teagan McMahon – que desenvolveu o método de profilaxia – na Universidade de Connecticut; Sasha Greenspan, Wesley Neely e Stanislava Chtarbanova da Universidade do Alabama; Douglas Woodhams na Universidade de Massachusetts; e KM Barnett na Emory University. Este trabalho foi financiado pela National Science Foundation, National Institutes of Health, The University of Alabama e The University of Tampa.
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