Uma ferramenta nova e poderosa para revelar a comunicação entre os micróbios intestinais e o cérebro

Resumo: Pesquisadores desenvolvem uma nova ferramenta que permite o estudo da comunicação de micróbios no trato gastrointestinal e no cérebro.

Fonte: Faculdade de Medicina de Baylor

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 forma 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 desacoplar 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 as conexões entre os 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.

“Os modelos animais têm sido fundamentais para ligar os 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.

Este protocolo fornece aos pesquisadores um roteiro para entender o complexo sistema de tráfego entre o intestino e o cérebro e seus efeitos na saúde e na doença. Crédito: Baylor College of Medicine

“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.

“Dessa 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”.

“Conseguimos 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 designers 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.

Financiamento: Este estudo foi apoiado 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 e apoio irrestrito à pesquisa da BioGaia AB (Estocolmo, Suécia).

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Este é um desenho de mãos no ar

Sobre esta notícia de pesquisa do eixo intestino-cérebro

Autor: Homa Shalchi
Fonte: Faculdade de Medicina de Baylor
Contato: Homa Shalchi – Baylor College of Medicine
Imagem: A imagem é creditada ao Baylor College of Medicine

Pesquisa original: Acesso fechado.
“Interrogação do eixo intestino-cérebro de mamíferos usando metabolômica direcionada baseada em LC-MS/MS com culturas bacterianas e organoides in vitro e modelos de camundongos gnotobióticos in vivo” por Thomas D. Horvath et al. Protocolos da Natureza


Resumo

Interrogação do eixo intestino-cérebro de mamíferos usando metabolômica direcionada baseada em LC-MS/MS com culturas bacterianas e organoides in vitro e modelos de camundongos gnotobióticos in vivo

O interesse na comunicação entre o trato gastrointestinal e o sistema nervoso central, conhecido como eixo intestino-cérebro, levou ao desenvolvimento de plataformas analíticas quantitativas para analisar sinais derivados de micróbios e hospedeiros.

Este protocolo permite investigações sobre as conexões entre a colonização microbiana e os neurotransmissores intestinais e cerebrais e contém estratégias para a avaliação abrangente de metabólitos in vitro (organoides) e sistemas de modelos de camundongos in vivo.

Aqui apresentamos um fluxo de trabalho otimizado que inclui procedimentos para preparar esses sistemas de modelo de eixo intestino-cérebro: (estágio 1) crescimento de micróbios em meios definidos; (estágio 2) microinjeção de organoides intestinais; e (estágio 3) geração de modelos animais, incluindo livres de germes (sem micróbios), livres de patógenos específicos (microbiota intestinal completa) e livres de patógenos específicos reconvencionalizados (camundongos livres de germes associados a uma microbiota intestinal completa de um camundongo livre de patógenos específicos) e Dentes de Bifidobacterium e Bacteroides ovatus camundongos monoassociados (camundongos livres de germes colonizados com um único micróbio intestinal).

Descrevemos métodos metabolômicos baseados em espectrometria de massa em tandem-cromatografia líquida direcionada para analisar ácidos graxos de cadeia curta derivados microbianamente e neurotransmissores dessas amostras.

Ao contrário de outros protocolos que comumente examinam apenas amostras de fezes, este protocolo inclui culturas bacterianas, culturas de organoides e amostras in vivo, além de monitorar o conteúdo de metabólitos das amostras de fezes. A incorporação de três modelos experimentais (micróbios, organóides e animais) aumenta o impacto deste protocolo.

O protocolo requer 3 semanas de colonização murina com micróbios e ~ 1–2 semanas para análise instrumental e quantitativa baseada em cromatografia líquida-tandem e análise quantitativa e pós-processamento e normalização da amostra.

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