Cientistas da UC San Diego desenvolveram o microbeMASST, uma nova ferramenta que avança significativamente a pesquisa do metabolismo microbiano, identificando micróbios e suas assinaturas metabólicas. Este avanço poderia transformar a nossa abordagem aos estudos de saúde e ambientais. Crédito: SciTechDaily.com
Utilizando uma base de dados de mais de 60.000 microrganismos curados por investigadores de todo o mundo, a nova ferramenta de pesquisa associa instantaneamente os micróbios aos metabolitos que produzem.
Pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego, como parte de uma grande colaboração com cientistas de todo o mundo, desenvolveram uma nova ferramenta de pesquisa para ajudar os pesquisadores a compreender melhor o metabolismo dos microrganismos. Os micróbios são atores-chave em praticamente todos os sistemas biológicos e ambientais, mas as limitações nas técnicas atuais utilizadas para estudar o metabolismo microbiano tornam difícil decodificar suas interações e atividades.
A nova pesquisa, publicada em 5 de fevereiro de 2024, em Microbiologia da Naturezaaborda diretamente essas limitações, o que poderia, em última análise, transformar a nossa compreensão da saúde humana e do meio ambiente.
Um salto em frente nos estudos microbianos
“Os humanos são ecossistemas ambulantes nos quais os micróbios nos superam em número, mas sabemos tão pouco sobre os metabólitos que os micróbios produzem”, disse o autor sênior do estudo, Pieter Dorrestein, PhD, professor de farmacologia e pediatria na Faculdade de Medicina da UC San Diego e professor na Skaggs. Escola de Farmácia e Ciências Farmacêuticas da UC San Diego. “Esta tecnologia permite-nos combinar os micróbios com as assinaturas metabólicas que produzem sem qualquer conhecimento prévio, o que representa um grande avanço na nossa capacidade de estudar os microrganismos e as suas intrincadas relações com os seres humanos e os ecossistemas.”
A ferramenta inovadora, que os cientistas chamam de microbeMASST, foi desenvolvida por cientistas do Collaborative Microbial Metabolite Center da UC San Diego, uma iniciativa apoiada pelo NIH que visa construir um repositório com curadoria internacional de dados de metabolômica microbiana para ajudar os pesquisadores a estudar a complexa interação entre micróbios. e humanos.
Impacto na saúde humana e no meio ambiente
Os micróbios benéficos desempenham um papel fundamental na saúde humana, colonizando certas áreas do corpo, incluindo a pele, onde nos protegem contra agentes patogénicos externos, e o intestino, onde contribuem para funções essenciais, como a absorção de nutrientes e a regulação do sistema imunitário. A perturbação das comunidades microbianas no nosso corpo está associada a uma vasta gama de doenças.
“Este recurso nos ajudará a interrogar mecanicamente o papel do microbioma em condições de saúde como doenças hepáticas, doenças inflamatórias intestinais, diabetes, aterosclerose e outras”, acrescentou Dorrestein.
Os micróbios também estão no centro de processos ambientais importantes, como os ciclos do carbono e do nitrogênio. Quando as comunidades microbianas envolvidas nestes processos são perturbadas, pode tornar-se mais difícil para os ecossistemas reciclarem os nutrientes, levando a uma vasta gama de desequilíbrios ecológicos destrutivos.
Devido ao seu papel crucial no meio ambiente e às suas interações com organismos maiores, o metabolismo dos micróbios é uma força motriz em praticamente todos os aspectos da biologia. No entanto, o vasto potencial metabólico das comunidades microbianas é frequentemente ignorado em experiências modernas, que geralmente apenas analisam o metabolismo microbiano com uma lente ampla.
“Um dos desafios de estudar micróbios a nível molecular é que é difícil dizer quais micróbios estão produzindo quais moléculas, a menos que você já saiba o que está procurando”, disse a primeira autora Simone Zuffa, pesquisadora de pós-doutorado que trabalha com Dorrestein. “Se você pensar nas colônias de micróbios como festas lotadas com muitas pessoas conversando, nossos experimentos atuais só podem gravar o som, mas queremos descobrir uma maneira de decodificar esse áudio para descobrir quem está dizendo o quê.”
microbeMASST: uma ferramenta inovadora
Para ajudar a produzir a nova ferramenta de pesquisa, que os investigadores chamaram de microbeMASST, investigadores do Collaborative Microbial Metabolite Center da UC San Diego recolheram mais de 100 milhões de pontos de dados de 60.000 amostras microbianas distintas, recolhidas por cientistas de todo o mundo. Este banco de dados foi meticulosamente selecionado a partir de contribuições da comunidade e curadoria de metadados e inclui micróbios de plantas, solos, oceanos, lagos, peixes, animais terrestres e humanos.
Ao cruzar uma amostra experimental com esta enorme biblioteca de micróbios individuais, o microbeMASST pode detectar quais micróbios estão presentes naquela amostra.
“Não existe nenhuma ferramenta que possa fazer isso, e a nossa pode fazer isso em segundos”, acrescentou Zuffa.
Potencial transformador para ciências da vida
Como o microbeMASST pode identificar micróbios em uma amostra sem qualquer conhecimento prévio, os pesquisadores estão confiantes de que as aplicações da tecnologia se estendem a vários campos da biologia, como aquicultura, agricultura, biotecnologia e estudo de condições de saúde mediadas por micróbios.
“Prevemos que o microbeMASST será um recurso transformador para a comunidade de pesquisa em ciências da vida”, disse Dorrestein. “Além disso, a ferramenta só irá melhorar com o tempo, à medida que a comunidade reunir mais dados para referência do sistema.”
Referência: “microbeMASST: uma ferramenta de pesquisa de espectrometria de massa taxonomicamente informada para dados metabolômicos microbianos” por Simone Zuffa, Robin Schmid, Anelize Bauermeister, Paulo Wender P. Gomes, Andres M. Caraballo-Rodriguez, Yasin El Abiead, Allegra T. Aron, Emily C. Gentry, Jasmine Zemlin, Michael J. Meehan, Nicole E. Avalon, Robert H. Cichewicz, Ekaterina Buzun, Marvic Carrillo Terraces, Chia-Yun Hsu, Renee Oles, Adriana Vasquez Ayala, Jiaqi Zhao, Hiutung Chu, Mirte CM Kuijpers , Sara L. Jackrel, Fidele Tugizimana, Lerato Pertunia Nephali, Ian A. Dubery, Edwin Madala, Leticia Veras Costa-Lotufo, Norberto Peporine Lopes, Paula Rezende-Teixeira, Paula C. Jimenez, Bipin Rimal, Andrew D. Patterson, Matthew F. Traxler, Rita de Cassia Pessotti, Daniel Alvarado-Villalobos, Giselle Tamayo-Castillo, Priscilla Chaverri, Efrain Escudero-Leyva, Luis-Manuel Quiros-Guerrero, Alexandre Jean Bory, Juliette Joubert, Adriano Rutz, Jean-Luc Wolfender, Pierre -Marie Allard, Andreas Sichert, Sammy Pontrelli, Benjamin S. Pullman, Nuno Bandeira, William H. Gerwick, Katia Gindro, Joseph Massana-Codina, Berenike C. Wagner, Karl Forchhammer, Daniel Petras, Nicole Aiosa, Neha Garg, Manuel Liebeke , Patrick Bourceau, Kyo Bin Kang, Henna Gadhavi, Luiz Pedro Sorio de Carvalho, Mariana Silva dos Santos, Alicia Isabel Perez-Lorente, Carlos Molina-Santiago, Diego Romero, Raimo Franke, Mark Brönstrup, Arturo Vera Ponce De Leon, Phillip Byron Papa, Sabina Leanti La Rosa, Giorgia La Barbera, Henrik M. Roager, Martin Frederik Laursen, Fabian Hammerle, Bianka Siewert, Ursula Peintner, Cuauhtemoc Licona-Cassani, Lorena Rodriguez-Orduña, Evelyn Rampler, Felina Hildebrand, Gunda Koellensperger, Harald Schoeny , Katharina Hohenwallner, Lisa Panzenboeck, Rachel Gregor, Ellis Charles O’Neill, Eve Tallulah Roxborough, Jane Odoi, Nicole J. Bale, Su Ding, Jaap S. Sinninghe Damste, Xue Li Guan, Jerry J. Cui, Kou-San Ju , Denise Brentan Silva, Fernanda Motta Ribeiro Silva, Gilvan Ferreira da Silva, Hector HF Koolen, Carlismari Grundmann, Jason A. Clement, Hosein Mohimani, Kirk Broders, Kerry L. McPhail, Sidney E. Ober-Singleton, Christopher M. Rath, Daniel McDonald, Rob Knight, Mingxun Wang e Pieter C. Dorrestein, 5 de fevereiro, Microbiologia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41564-023-01575-9
Os co-autores do estudo da UC San Diego incluem: Simone Zuffa, Robin Schmid, Anelize Bauermeister, Paulo Wender P. Gomes, Andres M. Caraballo-Rodriguez, Yasin El Abiead, Jasmine Zemlin, Michael J. Meehan, Allegra T. Aron, Nicole E. Avalon, Nuno Bandeira, William H. Gerwick, Ekaterina Buzun, Marvic Carrillo Terraces, Chia-Yun Hsu, Renee Oles, Adriana Vasquez Ayala, Jiaqi Zhao, Hiutung Chu, Mirte CM Kuijpers, Sara L. Jackrel, Benjamin S. Pullman, Rob Knight e Daniel McDonald.
Coautores adicionais incluem: Alegra T. Aron da Universidade de Denver, Emily C. Gentry da Virginia Tech, Robert H. Cichewicz da Universidade de Oklahoma, Fidele Tugizimana, Lerato Pertunia Nephali e Ian A. Dubery da Universidade de Joanesburgo, Edwin Madala da Universidade da Venda, Eduarda Antunes Moreira, Leticia Veras Costa-Lotufo, Norberto Peporine Lopes e Paula Rezende-Teixeira da Universidade da Venda, Bipin Rimal, Andrew D. Patterson, Matthew F. Traxler e Rita de Cassia Pessotti na Universidade Estadual da Pensilvânia, Daniel Alvarado-Villalobos, Giselle Tamayo-Castillo, Priscilla Chaverri, Efrain Escudero-Leyva e Luis-Manuel Quiros-Guerrero, Juliette Joubert, Adriano Rutz, Jean-Luc Wolfender e Pierre-Marie Allard na Universidade de Genebra ; Andreas Sichert e Sammy Pontrelli na ETH Zurich; na Universidade de Tuebingen, Nicole Aiosa e Neha Garg. Henna Gadhavi, Luiz Pedro Sorio de Carvalho e Mariana Silva dos Santos do Instituto Francis Crick, Alicia Isabel Perez-Lorente, Carlos Molina-Santiago e Diego Romero da Universidade de Málaga-Conselho Superior de Investigação Científica, Giorgia La Barbera e Henrik M. Roager da Universidade de Copenhague, Martin Frederik Laursen da Universidade Técnica da Dinamarca, Fabian Hammerle, Bianka Siewert e Ursula Peintner da Universidade de Innsbruck; , Evelyn Rampler, Felina Hildebrand, Gunda Koellensperger, Harald Schoeny, Katharina Hohenwallner e Lisa Panzenboeck na Universidade de Viena; Universidade de NottinghamNicole J. Bale, Su Ding e Jaap S. Sinninghe Damté do Instituto Holandês de Pesquisas do Mar, Xue Li Guan da Universidade Tecnológica de Nanyang; Hector HF Koolen da Universidade do Estado do Amazonas, Carlismari Grundmann da Universidade de São Paulo , Ribeirão Preto, Jason A. Clement e Baruch S. Blumberg Institute, Hosein Mohimani da Carnegie Mellon University, Kirk Brothers do Departamento de Agricultura dos EUA, Kerry L. McPhail da Oregon State University, Sidnee E. Ober-Singleton da Universidade de OregonChristopher M. Rath em Emmeryville CA e Mingxun Wang na Universidade da Califórnia, Riverside.
Este estudo foi financiado, em parte, pelo Instituto Nacional de Saúde (concede U24DK133658, U19AG063744, 1DP2GM137413, F32AT011475, R01 GM107550, R01 GM137135, U01 DK119702, S10 OD021750, 1R01LM013115, 1R01GM132649, DP1AT 010885, T32 DK007202), a National Science Foundation (concessão 2152526), o Departamento de Agricultura dos EUA, Serviço de Pesquisa Agrícola , a Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia (bolsas NRF-2020R1C1C1004046, NRF-2022R1A5A2021216 e NRF-2022M3H9A2096191), o Fundo Austríaco de Ciência (bolsas P31915), a Fundação Alemã de Pesquisa (bolsas EXC 2124 e TRR 261), a Fundação de Amparo à Pesquisa de São Paulo ( bolsas #2018/24865-4, #2019/03008-9, #2020/06430-0, #2022/12654-4, #2015/17177-6, #2020/02207-5, #2021/10603-0) , Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), Conselho de Pesquisa da Noruega (bolsa 311913), Fundação Novo Nordisk (bolsa NNF19OC0056246), Fundo Independente de Pesquisa da Dinamarca (bolsa 0171-00006B), projeto ERA-Net Cofund BlueBio ( bolsa 311913), Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas, Fundação de Apoio ao Desenvolvimento do Ensino, Ciência e Tecnologia do Estado de Mato Grosso do Sul – FUNDECT (bolsas 71/032.390/2022 e 311/2022), a Betty e Fundação Gordon Moore e Sociedade Max Planck.
