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Na última década, os pesquisadores começaram a avaliar a importância de uma comunicação bidirecional que ocorre entre os micróbios no trato gastrointestinal e no cérebro, conhecida como eixo intestino-cérebro. Essas “conversas” podem modificar a maneira como esses órgãos funcionam e envolvem uma rede complexa de sinais químicos derivados de micróbios e do cérebro que são um desafio para os cientistas separarem a fim de obter um entendimento.
“Atualmente, é difícil determinar quais espécies microbianas conduzem alterações cerebrais específicas em um organismo vivo”, disse o primeiro autor, Dr. Thomas D. Horvath, instrutor de patologia e imunologia no Baylor College of Medicine e Texas Children’s Hospital. “Aqui apresentamos uma ferramenta valiosa que permite investigações sobre conexões entre micróbios intestinais e o cérebro. Nosso protocolo de laboratório permite a identificação e avaliação abrangente de metabólitos – compostos produzidos por micróbios – nos níveis celular e animal inteiro.”
O trato gastrointestinal abriga uma comunidade rica e diversificada de microrganismos benéficos conhecidos coletivamente como microbiota intestinal. Além de seus papéis na manutenção do ambiente intestinal, os micróbios intestinais são cada vez mais reconhecidos por sua influência em outros órgãos distantes, incluindo o cérebro.
“Os micróbios intestinais podem se comunicar com o cérebro por várias vias, por exemplo, produzindo metabólitos, como ácidos graxos de cadeia curta e peptidoglicanos, neurotransmissores, como ácido gama-aminobutírico e histamina, e compostos que modulam o sistema imunológico, bem como outros “, disse a co-primeira autora Dra. Melinda A. Engevik, professora assistente de medicina celular e regenerativa na Medical University of South Carolina.
O papel que os micróbios desempenham na saúde do sistema nervoso central é destacado pelas ligações entre o microbioma intestinal e ansiedade, obesidade, autismo, esquizofrenia, doença de Parkinson e doença de Alzheimer.
“Modelos animais têm sido fundamentais para ligar micróbios a esses processos neurais fundamentais”, disse a co-autora Dra. Jennifer K. Spinler, professora assistente de patologia e imunologia em Baylor e no Texas Children’s Hospital Microbiome Center. “O protocolo do estudo atual permite que os pesquisadores tomem medidas para desvendar o envolvimento específico do eixo intestino-cérebro nessas condições, bem como seu papel na saúde”.
Um roteiro para entender o complexo sistema de tráfego no eixo intestino-cérebro
Uma estratégia que os pesquisadores usaram para obter informações sobre como um único tipo de micróbio pode influenciar o intestino e o cérebro consistiu em cultivar os micróbios primeiro no laboratório, coletando os metabólitos que eles produziram e analisando-os usando espectrometria de massa e metabolômica. A espectrometria de massa é uma técnica de laboratório que pode ser usada para identificar compostos desconhecidos determinando seu peso molecular e quantificar compostos conhecidos. Metabolômica é uma técnica para o estudo em larga escala de metabólitos.
“O efeito dos metabólitos foi então estudado em mini-intestino, um modelo de laboratório de células intestinais humanas que retém as propriedades do intestino delgado e é fisiologicamente ativo”, disse Engevik. “Além disso, os metabólitos do micróbio podem ser estudados em animais vivos”.
“Podemos expandir nosso estudo para uma comunidade de micróbios”, disse Spinler. “Desta forma, investigamos como as comunidades microbianas trabalham juntas, sinergizam e influenciam o hospedeiro. Este protocolo fornece aos pesquisadores um roteiro para entender o complexo sistema de tráfego entre o intestino e o cérebro e seus efeitos”.
“Fomos capazes de criar este protocolo graças a grandes colaborações interdisciplinares envolvendo médicos, cientistas comportamentais, microbiologistas, cientistas de biologia molecular e especialistas em metabolômica”, disse Horvath. “Esperamos que nossa abordagem ajude a criar comunidades de micróbios benéficos que possam contribuir para a manutenção de um corpo saudável. Nosso protocolo também oferece uma maneira de identificar possíveis soluções quando a falta de comunicação entre o intestino e o cérebro leva a doenças”.
Leia todos os detalhes desta obra em Protocolos da Natureza.
Outros colaboradores deste trabalho incluíram Sigmund J. Haidacher, Berkley Luck, Wenly Ruan, Faith Ihekweazu, Meghna Bajaj, Kathleen M. Hoch, Numan Oezguen, James Versalovic e Anthony M. Haag. Os autores são afiliados a uma ou mais das seguintes instituições: Baylor College of Medicine, Texas Children’s Hospital e Alcorn State University.
Este estudo foi financiado por uma bolsa NIH K01 K12319501 e pelo Global Probiotic Council 2019-19319, bolsas do Instituto Nacional de Diabetes e Doenças Digestivas e Renais (Grant P30-DK-56338 para Texas Medical Center Digestive Disease Center, Gastrointestinal Experimental Model Systems) , NIH U01CA170930 concessão e apoio irrestrito à pesquisa da BioGaia AB (Estocolmo, Suécia).
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