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O que as pessoas dizem que comeram e o que realmente comeram geralmente são duas listas muito diferentes de alimentos. Mas uma nova técnica que usa código de barras de DNA para identificar a matéria vegetal nas fezes humanas pode chegar à verdade, melhorando os ensaios clínicos, estudos de nutrição e muito mais.
Com base em estudos anteriores que tentaram comparar o DNA encontrado nas fezes com as dietas relatadas, os pesquisadores do laboratório de Lawrence David, professor associado de genética molecular e microbiologia na Duke School of Medicine, desenvolveram um marcador genético para alimentos à base de plantas que pode ser recuperado do cocô.
“Podemos voltar depois do fato e detectar quais alimentos foram ingeridos”, disse Brianna Petrone, PhD, estudante de MD/PhD que liderou o projeto.
O marcador é uma região de DNA que as plantas usam para fornecer energia aos cloroplastos, a organela que converte a luz do sol em açúcares. Toda planta tem essa região genômica, chamada trnL-P6, mas varia ligeiramente de espécie para espécie. Em uma série de experimentos, eles testaram o marcador em mais de 1.000 amostras fecais de 324 participantes do estudo em cinco estudos diferentes, cerca de vinte dos quais tinham registros de alta qualidade de sua dieta.
Em descobertas publicadas em 27 de junho no Anais da Academia Nacional de Ciências, os pesquisadores mostram que esses marcadores de DNA podem indicar não apenas o que foi consumido, mas as quantidades relativas de certas espécies alimentares, e que a diversidade do DNA vegetal encontrado nas fezes varia de acordo com a dieta, idade e renda familiar de uma pessoa.
O laboratório de David baseou-se em um banco de dados de referência de plantas dietéticas que contém marcadores para 468 espécies normalmente consumidas pelos americanos para conectar versões de trnL-P6 detectadas no cocô a fontes vegetais específicas. Depois de alguns ajustes, seu código de barras foi capaz de distinguir 83% de todas as principais famílias de culturas.
Petrone disse que o subconjunto de famílias de culturas que atualmente não pode ser detectado tende a ser consumido em outras partes do mundo. O laboratório agora está trabalhando para adicionar culturas como milheto e pili nozes ao seu banco de dados.
Eles também não rastrearam a ingestão de carne ainda, embora a tecnologia também seja capaz disso, disse David. “Essa proporção relativa de ingestão de plantas para animais é provavelmente um dos fatores nutricionais mais importantes que podemos observar”.
Os cientistas primeiro testaram o marcador em amostras fecais de quatro indivíduos em uma intervenção para perda de peso, onde sabiam exatamente o que os participantes do estudo haviam comido um ou dois dias antes. Sabendo que os pacientes receberam um prato chamado pilaf de arroz selvagem com cogumelos, por exemplo, eles procuraram os marcadores de seus componentes: arroz selvagem, arroz branco, cogumelos portobello, cebola, nozes, tomilho, salsa e sálvia.
Neste e em um segundo grupo de intervenção, eles descobriram que o código de barras não apenas identificava as plantas, mas também identificava as quantidades relativas consumidas por alguns tipos de plantas. “Quando grandes porções de grãos ou bagas foram registradas na refeição, também vimos mais restos dessas plantas nas fezes”, disse Petrone.
Em seguida, eles analisaram amostras de 60 adultos que participaram de dois estudos de suplementação de fibras e acompanharam o que comiam com pesquisas. O número de plantas detectadas pelo trnL estava de acordo com a diversidade e qualidade da dieta estimada a partir das respostas dos participantes à pesquisa.
Em seguida, eles aplicaram o código de barras a um estudo de 246 adolescentes com e sem obesidade com diversas origens raciais, étnicas e socioeconômicas. Houve apenas um registro mínimo de dieta nesta coorte.
“A coleta de dados dietéticos foi desafiadora porque algumas pesquisas tradicionais têm 140 páginas e levam até uma hora para serem preenchidas, as famílias estão ocupadas e uma criança pode não conseguir preenchê-las sozinha”, disse David. “Mas como eles tinham banco de fezes, pudemos reanalisar essas amostras e, em seguida, coletar informações sobre dieta que poderiam ser usadas para entender melhor os padrões de saúde e estilo de vida entre as crianças. O que realmente me impressionou foi que poderíamos recapitular coisas que eram conhecidas também novas percepções que podem não ter sido tão óbvias.”
Eles encontraram 111 marcadores diferentes de 46 famílias de plantas e 72 espécies na dieta dos adolescentes. Quatro tipos de plantas foram consumidos por mais de dois terços dos participantes: trigo, encontrado em 96% dos participantes, chocolate (88%), milho (87%) e a família da batata (71%), um grupo de plantas intimamente relacionadas que inclui batata e tomatillo.
David disse que o código de barras não é capaz de distinguir membros individuais da família do repolho – a brássica – como brócolis, couve de Bruxelas, couve e couve-flor, que estão intimamente relacionados.
Ainda assim, a grande coorte de adolescentes mostrou que a variedade alimentar era maior para os participantes do estudo de renda mais alta. No entanto, quanto mais velhos os adolescentes, menor a ingestão de frutas, vegetais e alimentos integrais, possivelmente devido a um padrão conhecido de crianças mais velhas comendo com menos frequência com suas famílias.
David disse que o código de barras é facilmente capaz de identificar a diversidade de plantas encontradas em uma amostra como um substituto para a diversidade alimentar, um marcador conhecido de adequação de nutrientes e melhor saúde do coração.
David disse que em cada uma dessas coortes as análises genômicas foram feitas em amostras coletadas anos atrás, então a técnica abre a possibilidade de reconstruir dados dietéticos para estudos já concluídos.
Os autores acham que a nova metodologia deve ser uma benção para todos os tipos de estudos de nutrição humana. “Estamos limitados em como podemos rastrear nossas dietas, ou participar de pesquisas nutricionais ou melhorar nossa própria saúde, por causa das técnicas atuais pelas quais a dieta é rastreada”, disse David. “Agora podemos usar a genômica para ajudar a coletar dados sobre o que as pessoas comem em todo o mundo, independentemente das diferenças de idade, alfabetização, cultura ou estado de saúde”.
A equipe prevê estender a técnica para estudos de doenças em todo o mundo, bem como monitorar a biodiversidade alimentar em ambientes que enfrentam instabilidade climática ou problemas ecológicos.
O financiamento para este trabalho veio do Instituto Nacional de Diabetes e Doenças Digestivas e Renais (subsídios 5R24DK110492-05 e 5R01DK116187-05), do prêmio Burroughs Wellcome Fund Pathogenesis of Infectious Disease, do Duke Microbiome Center, do Springer Nature Limited Global Grant for Gut Health, a Chan Zuckerberg Initiative, o Triangle Center for Evolutionary Medicine, a Integrative Bioinformatics for Investigating and Engineering Microbiomes Graduate Student Fellowship, e o Ruth L. Kirschstein National Research Service Award para o Duke Medical Scientist Training Program. Este trabalho usou uma instalação de computação de alto desempenho parcialmente apoiada por doações do North Carolina Biotechnology Center (2016-IDG-1013 e 2020-IIG-2109).
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