Microbioma no cérebro de peixes: será que humanos também têm?
(quantamagazine.org)- A descoberta de comunidades vivas de bactérias nos cérebros de salmões e trutas saudáveis reforça a possibilidade de que cérebros humanos saudáveis também possam ter um microbioma
- Pesquisadores da University of New Mexico compararam em conjunto tecido cerebral, sangue, intestino e o microbioma do corpo inteiro, além de remover o sangue dos capilares cerebrais para reduzir a possibilidade de contaminação, repetindo os experimentos ao longo de 5 anos
- Algumas bactérias podem ter entrado nos estágios iniciais do desenvolvimento, antes da formação completa da barreira hematoencefálica, e outras possuem características, como moléculas de poliamina, que favorecem a travessia da barreira e a evasão do sistema imune
- O microbioma cerebral humano ainda não foi comprovado, e como é difícil obter tecido cerebral humano saudável sem contaminação, experimentos com camundongos são apontados como o próximo caminho de validação
- Se bactérias realmente residirem no cérebro, mesmo em pequeno número, elas podem afetar o metabolismo cerebral e o sistema imune, o que pode mudar a forma como entendemos a regulação neural
Microrganismos podem viver em um cérebro saudável?
- Bactérias já foram encontradas em quase todos os ambientes, como fontes hidrotermais de águas profundas, nuvens, ouvidos, boca, nariz e intestino, mas o cérebro humano era considerado amplamente protegido contra invasores externos por causa da poderosa barreira hematoencefálica
- Ao longo da última década, estudos iniciais sobre a possibilidade de um microbioma em cérebros humanos saudáveis produziram evidências conflitantes, e permaneceu a limitação de ser difícil obter tecido cerebral humano saudável e livre de contaminação
- Um estudo publicado na Science Advances oferece evidências fortes de que pode existir um microbioma no cérebro de peixes saudáveis, que são vertebrados
- Pesquisadores da University of New Mexico encontraram comunidades bacterianas nos cérebros de salmões e trutas, e muitas espécies apresentavam adaptações que ajudariam a sobreviver no tecido cerebral ou a atravessar a barreira hematoencefálica
Como encontraram bactérias no cérebro de peixes
- Irene Salinas chamou atenção para a distância muito curta entre o nariz e o cérebro, levantando a hipótese de que bactérias do nariz poderiam entrar no bulbo olfatório, que processa informações olfativas
- A equipe extraiu DNA dos bulbos olfatórios de peixes capturados na natureza e de trutas e salmões criados em laboratório para identificar espécies microbianas
- Como as amostras poderiam ser facilmente contaminadas por bactérias do laboratório ou de outras partes do corpo dos peixes, várias análises de controle foram realizadas em paralelo
- Também foram coletados outras regiões do cérebro, intestino, sangue e o microbioma do corpo inteiro
- O sangue dos capilares cerebrais foi removido para verificar se as bactérias encontradas estavam no próprio tecido cerebral
- Os experimentos foram repetidos várias vezes, e o projeto inteiro levou 5 anos
- Ao contrário do que Salinas esperava, havia mais bactérias não só no bulbo olfatório, mas também em outras partes do cérebro, a ponto de ser possível encontrar células bacterianas ao microscópio em poucos minutos
- A equipe confirmou que as bactérias encontradas não estavam dormentes nem mortas, mas vivas e ativas
Caminhos para atravessar a barreira hematoencefálica
- A barreira hematoencefálica dos vertebrados é considerada uma espécie de porteira que permite a passagem de apenas algumas moléculas para dentro e para fora do cérebro, bloqueando invasores maiores, como bactérias
- A equipe comparou o DNA microbiano obtido no cérebro com o DNA obtido em outros órgãos e identificou algumas espécies que não apareciam em outras partes do corpo
- Salinas sugere que essas espécies podem ter colonizado o cérebro em estágios iniciais do desenvolvimento, antes de a barreira hematoencefálica estar completamente formada
- Muitas espécies microbianas também foram encontradas em todo o corpo, e Salinas acredita que grande parte do microbioma cerebral dos peixes possa vir do sangue e do intestino, entrando continuamente no cérebro
- Algumas bactérias possuem características vantajosas para atravessar a barreira
- Podem produzir poliaminas, que conseguem abrir e fechar junções que funcionam como pequenas portas da barreira
- Também podem produzir moléculas que ajudam a evitar a resposta imune ou a competir com outras bactérias
- Observações ao microscópio também capturaram imagens de bactérias em estado intermediário, atravessando a barreira hematoencefálica
Ainda não está claro se bactérias vivem livremente no cérebro
- Matthew Olm avaliou que os dados sobre a existência de microrganismos vivos no cérebro de peixes são convincentes, embora tenha dito que originalmente era cético em relação ao próprio conceito de microbioma cerebral
- Uma interpretação possível é que os microrganismos não vivam livremente dentro do tecido cerebral, mas estejam capturados por células imunes
- Se as bactérias viverem livremente, elas podem regular parte da fisiologia dos peixes, assim como o microbioma intestinal regula o sistema digestivo e o sistema imune
- A fisiologia de peixes e humanos é semelhante em vários aspectos, mas também há diferenças importantes, então os resultados em peixes não bastam para comprovar um microbioma cerebral humano
A controvérsia sobre o microbioma cerebral humano
- Bactérias já foram encontradas em quase todos os sistemas de órgãos humanos, mas para muitos cientistas o cérebro permanecia como uma exceção
- Quando microrganismos eram encontrados no cérebro humano, isso normalmente estava ligado a infecção ativa ou ao colapso da barreira causado por doenças como Alzheimer
- Em 2013, cientistas que estudavam os efeitos neurológicos do HIV/AIDS encontraram vestígios genéticos de bactérias tanto em cérebros de pessoas doentes quanto saudáveis, o que se tornou uma evidência inicial de que um microbioma cerebral humano poderia existir mesmo sem doença
- Depois disso, houve poucos estudos de acompanhamento, e as conclusões permaneceram inconclusivas
- Olm considera que, como o DNA microbiano está praticamente em toda parte, é fácil se enganar achando que microrganismos estão presentes, e que seriam necessárias muitas evidências para aceitar a existência de um microbioma cerebral humano
Próximos caminhos de validação e significado
- Confirmar um microbioma cerebral humano sem causar dano a pessoas saudáveis é algo próximo do impossível
- Christopher Link propôs repetir os experimentos com peixes em roedores, e a equipe de Salinas também começou a verificar isso em camundongos saudáveis
- Como pista inicial, apareceu a possibilidade de microrganismos no bulbo olfatório de camundongos saudáveis
- Também surgiram sinais em nível mais baixo no cérebro como um todo
- Link afirma que, se peixes têm microrganismos, não há razão para supor que humanos ou camundongos não tenham nenhum, embora considere improvável que existam em humanos no mesmo nível observado em peixes
- Se realmente existirem microrganismos residentes no cérebro, mesmo em pequena quantidade, eles podem afetar o metabolismo cerebral e o sistema imune
- Os microrganismos intestinais já influenciam a atividade cerebral por meio do eixo intestino-cérebro, produzindo metabólitos que são detectados por neurônios intestinais
- A possibilidade de bactérias no cérebro influenciarem diretamente a fisiologia ainda não foi comprovada, mas os pesquisadores estão mais abertos à ideia de que cérebros humanos saudáveis também possam conter microrganismos
1 comentários
Opiniões no Hacker News
É interessante que, até agora, o microbioma cerebral tenha sido visto como uma ideia absurda.
Pelo que sabemos hoje sobre microbiomas e microbiologia, para um leigo parece uma suposição mais radical dizer que a barreira hematoencefálica bloqueia 100% de todas as bactérias.
Parece mais plausível que algumas bactérias entrem, mas que em geral sejam comensais.
Órgãos especialmente importantes, como o cérebro, nem mesmo são acessados diretamente pelo nosso sistema imunológico; eles têm suas próprias células que fazem esse papel.
Para uma bactéria atravessar a barreira hematoencefálica, ela primeiro precisaria estar no sangue, mas normalmente não há bactérias no sangue; se houver, elas são atacadas imediatamente.
Bactérias intestinais são algo muito mais claro e fazem muito mais sentido.
Dito isso, a situação pode mudar se a integridade da barreira for afetada por doenças ou outros problemas de saúde.
É fácil imaginar que alguma bactéria, nociva ou benéfica, possa ter exatamente as proteínas de superfície que seriam interpretadas como um sinal de permissão.
Esta revisão/artigo parece cobrir a maioria dos mecanismos conhecidos pelos quais patógenos atravessam a barreira hematoencefálica: https://asm.org/articles/2020/april/how-pathogens-penetrate-...
Quando elas aparecem, é na forma de meningite bacteriana, então é natural surgir uma postura cética.
Não entendo muito de biologia, mas eu achava que o crescimento de bactérias dentro do corpo era, em geral, considerado algo ruim.
Do ponto de vista topológico, o trato digestivo pode ser visto como estando fora do corpo.
Alguns anos atrás, nossa equipe fez o que acredito ter sido, para a época, a maior busca por isso em dados volumétricos de tecido cerebral obtidos por microscopia eletrônica [1].
Eu acredito fortemente que exista um microbioma do sistema nervoso central bastante real, mas, para dar spoiler, naquela busca não encontramos evidências.
Se este estudo for interessante para você, todos os datasets estão disponíveis gratuitamente no BossDB [2], e a escala passa de uma dúzia de petavoxels.
Tenho muita curiosidade para saber se os modelos atuais conseguem encontrar algo que deixamos passar.
[1]: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.07.12.499807v1
[2]: https://bossdb.org
Se você está observando cortes do cérebro ao microscópio, eu imaginaria que um bioma apareceria bem rapidamente; se vocês continuam otimistas depois de um resultado negativo, deve haver várias razões pelas quais ele existe, mas é difícil de detectar.
Só entender o que se está procurando já leva muito tempo, e nós literalmente mal arranhamos a superfície.
Aquela busca deve ter sido interessante, e acho que no fim vamos acabar encontrando alguma coisa.
Michelson e Morley foram procurar o éter; Einstein encontrou a relatividade.
Especialmente em tumores que não têm contato com o exterior.
Há dois meses, um tópico quase igual apareceu no HN, e eu postei uma pergunta que ficou sem resposta.
Em outro contexto, mencionei o “Scariest [Podcast] Episode Yet” de Adam Savage[0], no qual me lembro de Joe DeRisi ter dito algo no sentido de que o cérebro e o líquido espinhal de indivíduos saudáveis são “completamente limpos” em termos de presença de microbioma.
A ideia era que, se houvesse um microbioma ali, isso seria realmente um problema.
Como leigo, preciso de uma explicação de como conciliar isso com frases como “a substância cinzenta está cheia de bactérias, vírus e fungos”.
[0] https://news.ycombinator.com/item?id=41765112
Depois disso, um jornalista usa palavras chamativas como “teeming” sem perceber que o que está dizendo não passa nem por uma verificação básica.
Esse também é um motivo parecido para esses artigos ficarem engavetados por anos e não passarem pela revisão por pares de periódicos rigorosos.
É muito surpreendente que só em 2023 tenha sido descoberta toda uma membrana fina que recobre o cérebro e que nós não conhecíamos.
Essa membrana fina descoberta no ano passado se chama Subarachnoid Lymphatic-like Membrane (SLYM) e parece funcionar como uma barreira protetora que separa o líquido cefalorraquidiano “limpo” do “sujo”.
Há muita coisa que não sabemos.
https://news.ycombinator.com/item?id=41517059
É meio insano pensar que uma parte importante da anatomia cerebral esteve, na prática, escondida diante dos nossos olhos por anos.
Se isso também for verdade em humanos, fico curioso sobre que efeito os antibióticos teriam no comportamento.
Será que é assim que as pessoas desenvolvem transtornos mentais?
É um tema realmente interessante; espero que receba o financiamento de pesquisa necessário.
Em todas as partes do nosso corpo há vírus e fungos espalhados, e acho que, se olharmos com detalhes suficientes, também haverá bactérias.
Talvez a concentração seja apenas baixa demais para detectar.
Pode ser uma contaminação acidental que o corpo está eliminando.
Se fosse um microbioma, eu esperaria que houvesse algum tipo de simbiose, um quórum de espécies diversas e bem adaptadas.
Sem esse tipo de evidência, a biologia é uma questão de probabilidades: por acaso e estatística, sempre há algo acontecendo em algum lugar, mas isso não significa que seja uma função.
Vírus geralmente são menores e ficam completamente inativos sem uma célula hospedeira.
Bactérias não só são maiores, como também têm processos metabólicos próprios e estruturas distintas; também é possível cultivar colônias em laboratório para torná-las muito mais visíveis.
Se já estão identificando vírus, encontrar bactérias parece mais fácil.
Claro, há vírus maiores do que as menores bactérias de 200 nm, como Mycoplasma, mas, em geral, vírus são menores.
Não existem tipos de ameba capazes de atravessar a barreira hematoencefálica e se instalar no cérebro?
Também há infecções fúngicas; ou será que estou pensando no enredo de um filme de terror?
Amebas podem entrar pelo nariz a partir de água contaminada.
https://en.wikipedia.org/wiki/Naegleriasis
Como elas literalmente devoram o cérebro, é algo que você definitivamente não quer experimentar.
Entra pelo nariz e pela lâmina cribriforme.
https://en.wikipedia.org/wiki/Naegleria_fowleri
Sou cético, mas existem muitos patógenos bacterianos intracelulares.
Talvez também existam bactérias simbióticas, ou simbiontes, que vivam dentro das células.
Se estivessem fora das células, acho que apareceriam com mais frequência no líquido cefalorraquidiano, que é coletado com certa frequência na prática médica, e também seriam detectadas em cortes e colorações comuns de histologia/patologia.
É imaginável a existência de bactérias simbióticas intracelulares pequenas, quase indistinguíveis de organelas como mitocôndrias ou lisossomos.
As mitocôndrias também já foram bactérias um dia; então por que não poderia haver outro endossimbionte?
Como as mitocôndrias têm DNA circular e uma polimerase semelhante à de fagos, talvez simbiontes secretos também possam ser encontrados por estudos de DNA.
Exemplos de patógenos bacterianos intracelulares incluem Brucella abortus, Listeria spp., Chlamydia spp., Rickettsia spp., Ehrlichia spp., Anaplasma spp., Coxiella spp., Mycobacterium tuberculosis, Salmonella spp., entre outros.
O que isso significa para o uso de antibióticos?
A barreira hematoencefálica nos protegeria dos antibióticos?
Antibióticos são moléculas, e a barreira deixa esse tipo de molécula passar.
O Dr. Salinas é excelente.
Ele já deu uma entrevista sobre peixes pulmonados em “The Children's Hours”, e foi realmente fascinante.
A pesquisa dele com peixes está levando a muitos avanços na compreensão da imunologia humana.