O QUE SOMOS?

Chris Bonato, agosto 2016

We´re not individuals, we´re colonies of creatures (Bruce Birren)

Somos um simbionte arrogante (Antônio C. M. de Camargo)

 Considera-se que a célula é a unidade básica de um ser vivo, seja animal, vegetal, fungo, protista, árquea ou bactéria. Dentro da célula são encontradas todas as estruturas necessárias à função vital (O que é a Vida?). Nos Domínios Bacteria e Archaea, congregam-se os procariotos – aqueles em cuja célula não existe um núcleo definido para conter o cromossomo, nem organelas especializadas. Todos os procariotos são unicelulares. O Domínio Eukarya abarca todos os  seres vivos em cujas células existe um núcleo delimitado por membrana (eucarioto) onde se encontram os cromossomos e, no citoplasma, várias organelas exercendo funções específicas. Alguns eucariotos são unicelulares, como as leveduras, por exemplo, enquanto outros são pluricelulares, como nós.

U1CP1-5_ProkvsEukCell_ksmScitable by nature EDUCATION

Fig. 1: Célula eucariótica à esquerda: núcleo e organelas delimitadas por membranas. Cromossomos dentro do núcleo; no citoplasma, organelas especializadas para executar diferentes funções. Célula procariótica à direita: não tem membranas delimitadoras do cromossomo nem organelas delimitadas por membranas.

 Agora, é imperativo salientar que as células albergam quase sempre estruturas denominadas vírus, que não fazem parte do corpo celular propriamente dito mas interagem com ele e dependem dele para se multiplicar. Os vírus, partículas de ácido nucleico contidas numa cápsula proteica, semeiam moléculas instrucionais entre diferentes hospedeiros trazendo aperfeiçoamentos ou colonização permanente. Como naves espaciais os vírus têm viajado no imenso espaço da Vida contribuindo para a evolução dos seres vivos  desde os primórdios: poderíamos encará-los como os Magos do vir a ser (Os vírus são entidades vivas?).

 Nós, que contamos estórias e nos colocamos no topo da mais alta ramificação da Árvore da Vida, somos constituídos de trilhões de células eucarióticas contendo o genoma humano. Uma estimativa recente (Bakalar, N., 2015) deste número propõe 37,2 trilhões de células humanas  (84% são eritrócitos) convivendo com um número superior de bactérias (1,3:1 a 3:1) nesta estrutura que denominamos corpo humano (Senders et al., 2016 ; Abbott, 2016).  Devido ao seu pequeno tamanho os procariotos constituem apenas 1 a 3% da massa do corpo, todavia, são fundamentais para a saúde deste corpo.

 O microbioma humano saudável é um vasto mosaico de microrganismos encontrados nas orelhas, língua, bochechas, intestino, nariz, pele, vagina, fezes, adaptados aos diferentes nichos do corpo e vivendo em parceria com as células eucarióticas que contem o genoma humano. Com os novos avanços nas técnicas de sequenciamento do DNA criou-se um campo de pesquisa denominado metagenômica (análise do conjunto dos genomas microbianos de uma amostra ambiental: genômica de comunidade) que permite um exame abrangente das comunidades microbianas sem necessidade de cultivo dos microrganismos. Desta forma foi possível identificar milhares de espécies bacterianas estimando-se que mais de 10.000 espécies convivam no ecossistema humano. Segundo os pesquisadores envolvidos no projeto, as células eucarióticas humanas carregam cerca de 22.000 genes codificadores de proteínas enquanto o microbioma humano (procariotos) contribue com cerca de 8 milhões de genes codificando proteínas únicas. Ou seja, 360 vezes mais genes de origem bacteriana.  Assim, a contribuição genômica bacteriana é crítica para a nossa sobrevivência. (NIH Human Microbiome Project).

Todavia a questão fundamental não está relacionada apenas a números, mas ao significado desta comunidade de seres que constituem o que denominamos “nós“. A microbiota que participa deste “nós“, é parte fundamental e inseparável do que nos torna humanos. Neste relacionamento simbiôntico e mutualista, todas as espécies envolvidas estão se beneficiando. 

As células humanas e bacterianas evoluíram juntas como um par de árvores entrelaçadas, crescendo e se adaptando num ecosistema (quase sempre) harmonioso (Sanders, L., 2016). Como diz Bordenstein, “What we need to do, is add microbes to the ‘me, myself and I’ concept”, numa visão holística da complexidade biológica.

 Em 2016, Moeller et al. mostraram que linhagens bacterianas obtidas nos intestinos de hominídeos (grandes macacos selvagens e humanos) coevoluíram no decorrer dos últimos 15,6 milhões de anos. Isto significa que as bactérias que hoje se hospedam nos intestinos dos modernos grandes macacos (gorila, chimpanzé, bonobo) e dos humanos, surgiram de bactérias ancestrais que colonizaram os intestinos de nossos ancestrais comuns.

Para levantarem dados os pesquisadores compararam sequências do gene gyrB, obtidas de amostras fecais em todos os indivíduos analisados: 24 gorilas de Cameron, 47 chimpanzés do Parque Nacional Gombe, na Tanzania, 24 bonobos selvagens da República do Congo e 16 pessoas de Connecticut, USA. O gene gyrB foi escolhido porque apresenta uma taxa de evolução rápida. Isolaram o DNA bacteriano destas amostras, amplificaram os genes  gyrB presentes e catalogaram as variações dentro de três famílias bacterianas predominantes: Bacteroidaceae, Bifidobacteriaceae e Lachnospiraceae. Ao se comparar a filogenia de gyrB nas linhagens bacterianas predominantes (Bacteroidaceae e Bifidobacteriaceae) revelou-se que coincidia com a filogenia dos hominídeos.

O gene  gyrB (gyraseB)codifica uma subunidade variável da proteína DNA girase que participa do enovelamento e desenovelamento do DNA.

A calibração do relógio molecular mostrou que a separação bacteriana entre humanos e chimpanzés teria ocorrido há 5,3 milhões de anos e entre humanos e gorilas por volta de 15,6 milhões, o que coincide grosseiramente com dados genômicos e de fósseis. Assim, as bactérias intestinais não são simplesmente adquiridas do meio ambiente mas têm coevoluído por milhões de anos com os hominídeos, ajudando a moldar nosso sistema imune; orientando o desenvolvimento de nossos intestinos e até mesmo modulando nossos humores e comportamentos.  

Estudos recentes têm mostrado algumas evidências de que as bactérias intestinais poderiam influir na “saúde” mental, uma vez que estas bactérias  produzem mensageiros neuronais (dopamina, serotonina, norepinefrina, GABA). Como exerceriam seu efeito, do intestino ao cérebro,  está sendo investigado (Sanders, L., 2016).

Gorila familia

GORILA

BONOBO                                                                                                                                         CHIMPANZÉ

Chimpanzé

Bonobos, Kokolopori, DRC

 

HUMANO-EINSTEIN

HUMANO-EINSTEIN

Então, a questão que se coloca é como teria ocorrido a transferência das bactérias de uma geração à outra desde nossos ancestrais comuns.

Há alguns anos atrás dominava a ideia de que útero e placenta, assim como o leite materno desenvolviam-se em ambientes estéreis. Pesquisadores que estudavam o sistema microbiano em recém-nascidos se perguntavam se teriam sido transferidos aos bebês, no momento do nascimento, ao passarem pela vagina. Na busca de resposta, Aagaard e colaboradores (2012),  mostraram que o microbioma do recém nascido é diferente do microbioma vaginal e portanto não teria sido adquirido nesta passagem. Na vagina 80% do microbioma é de Lactobacillus enquanto nos recém-nascidos são encontrados em maior abundancia, Actinobacteria, Proteobacteria e Bacteroides.

Seria possível, então, que a transferência entre gerações acontecesse através da placenta que, afinal, não seria estéril como se supunha? Parcialmente materna e parcialmente fetal, a placenta entrega alimento e oxigênio ao feto em crescimento através do cordão umbilical ao tempo que remove os produtos descartáveis, entre outras funções vitais. (Collins, F. 2014).

Para investigar de onde teriam vindo os microrganismos dos recém-nascidos  foram coletadas amostras de 320 placentas isolando-se as bactérias de cada uma delas. O DNA separado e sequenciado revelou a identidade dos habitantes microbianos específicos da placenta. O microbioma placentário é composto em grande parte por uma microbiota não patogênica dos filos Firmicutes, Tenericutes, Proteobacteria, Bacteroidetes e Fusobacteria (Aagaard et al., 2014).

Portanto, o microbioma placentário é o primeiro encontro do bebê com o mundo microbiano. Durante o nascimento, ao atravessar o canal vaginal, ocorre um segundo momento de contato com microrganismos diferentes. Depois vem o primeiro abraço e o microbioma da pele entra em ação e, finalmente, a amamentação que, de fato, é uma sopa cremosa de bactérias: Streptococcus, Staphylococcus, Serratia e Corynebacteria, entre outras. Neste processo o sistema imune da criança vai sendo treinado para conviver com o ambiente ao qual está sendo exposta (Grens, K., 2014).

Tudo indica que nada se perde, tudo se transforma. Carregamos toda história da evolução em superorganismos que congregam seres diversos em comunicação contínua e interdependente  permitindo o desenvolvimento de supercolônias altamente integradas.

No processo de desenvolvimento dos superorganismos hominídeos uma característica notável é o aumento do cérebro.  Nos últimos 5 milhões de anos passou de 384g nos chimpanzés, por exemplo, para 1.352g no homem.  Além disto, a quantidade de matéria branca na córtex cerebral humana é maior o que permitiria mais conexões entre as células nervosas e uma maior habilidade no processamento de informação (Smithsonian National Museum of Natural History).

As bactérias do intestino, produtoras de mensageiros neuronais, influíram e continuam influindo neste processo? Como? Este é um campo de pesquisa em desenvolvimento e muitas novidades ainda veremos pela frente.

Ao mesmo tempo que desbravamos arduamente o caminho das origens até agora, nada nos impede de dar asas à imaginação imaginando o vir a ser. Vejamos: a expansão deste corpo neural tem resultado em criações engenhosas que tornam-se quase independentes de seu criador permitindo que instruções sejam repassadas, num campo virtual, através de uma imensa rede de informações quase tão rápida quanto as conexões cerebrais. Esta superestrutura poderosa interliga milhões de cérebros humanos no planeta e, aparentemente, vai homogeneizando as conexões e selecionando os que as processam mais rapidamente. Seria este  o moderno Leviatã, coordenando os hominídeos de última geração? Para onde?

Mas isto é outro assunto….

 REFERÊNCIAS

O  que é Vida -Bonato, M.C.M., 2014Moléculas da Vida

 Os virus são unidades vivas? - Bonato, M.C.M., 2014Moléculas da Vida

 37.2 Trillion: Galaxies or Human Cells? Bakalar, N., 2015 – New York Times

Are we really vastly outnumbered? Revisiting the ratio of bacterial to host cells in humans – Sender, R.,Fuchs,S., Milo, R., 2016 – Cell 164 (3), 337–340.

Scientists bust myth that our bodies have more bacteria than human cells – Abbott, A., 2016  Nature News

NIH Human Microbiome Project defines normal bacterial makeup of the bodyNIH Human Microbiome Project, June 2012.

Cospeciation of gut microbiota with hominidsMoeller, A.H et al., 2016 – Science 353 (6297): 380-382.

Not Sterile, After All: The Placenta’s Microbiome - Collins, F. NIH Director´s Blog, May 28,2014

A metagenomic approach to characterization of the vaginal microbiome signature in pregnancy. Aagaard K. et al. 2012 – Plos One 2012, 7:e36466

The placenta harbors a unique microbiome – Aagaard, K. et al. 2014 – Sci. Transl. Med. 6(237): 237ra65

The maternal microbiome – Greens, K., 2014 – The Scientist -No/40038

Microbes can play games with the mind - Sanders, L., 2016 – ScienceNews, March 23, 2016

Host Biology in Light of the Microbiome: Ten Principles of Holobionts and Hologenomes - Bordenstein, S.R. & Kevin R. Theis, K.R., PLoS Biology 13(8) · August 2015.

 

“When the power of love overcomes the love of power, the world will know peace.” Jimmi Hendrix