Pesquisadores da North Carolina State University estão analisando maneiras de melhorar a bactéria intestinal humana Bifidobacterium para aprimorar a engenharia genética e melhorar os probióticos. Segundo os pesquisadores, a Bifidobacterium é importante, mas difícil de definir e utilizada em muitos probióticos que suportam microbiomas saudáveis.
“As estratégias que estabelecemos abrem novas oportunidades para aprimoramento de probióticos e engenharia genômica. Podemos, por exemplo, ajustar o metabolismo de carboidratos para aumentar a utilização de oligossacarídeos do leite humano (HMOs) no leite materno por Bifidobacterium, que está altamente associado a um microbioma infantil saudável. Também podemos realizar engenharia de superfície celular para modular a interação molecular com células epiteliais e imunes do hospedeiro para controlar a inflamação. Além disso, podemos projetar probióticos para fornecer terapias, enzimas ou pequenas moléculas, diretamente nos locais-alvo”, disse Echo Pan, Ph.D em genômica funcional e estudante da North Carolina State University.
O estudo pode abrir novas oportunidades para o desenvolvimento de probióticos de próxima geração, destacando a necessidade de criar técnicas personalizadas de engenharia de genoma baseadas em CRISPR* para várias cepas bacterianas.
As bactérias podem resistir a ataques de oponentes devido ao sistema imunológico adaptativo CRISPR-Cas. Os cientistas modificaram esses sistemas para remover ou substituir determinadas sequências de código genético. De acordo com os pesquisadores, ao contrário de outras bactérias geneticamente tratáveis, a engenharia genômica em Bifidobacterium é prejudicada por diferentes fatores, como por exemplo, ferramentas moleculares limitadas desenvolvidas para Bifidobacterium são conhecidas por serem enriquecidas com sistemas de restrição e modificação (R-M). Em conjunto, esses fatores limitantes dificultam a capacidade de manipular geneticamente esse importante gênero; novas ferramentas moleculares permitirão a engenharia de cepas de Bifidobacterium com eficácia probiótica aprimorada e o desenvolvimento de aplicações bioterapêuticas.
A Bifidobacterium possui muitos sistemas CRISPR-Cas nativos, um dos quais é um sistema tipo I-G que recebeu pouca pesquisa.
Bifidobacterium e Lactobacillus são os dois principais gêneros de probióticos comerciais e são comumente encontrados no microbioma intestinal humano. A Bifidobacterium tem sido associada a vários benefícios potenciais para a saúde, incluindo a prevenção de infecções enteropatogênicas através da produção de ácidos graxos de cadeia curta, alívio da síndrome do intestino irritável e aprimoramento do sistema imunológico do hospedeiro.
Em experimentos separados, os pesquisadores ressensibilizaram uma cepa de Bifidobacterium ao antibiótico comum, a tetraciclina, usando esse sistema interno e um efetor de Cas portátil conhecido como editor de base de citosina. A resistência natural aos antibióticos é vista em muitos microrganismos. Segundo Pan, as bactérias podem transmitir a resistência aos antibióticos a outras bactérias no intestino, restaurar a sensibilidade aos antibióticos é conceitual e praticamente crucial.
Além disso, os pesquisadores descobriram variações muito pequenas nas cepas bacterianas conhecidas como polimorfismos de nucleotídeo único (SNPs), que pareciam refletir variações significativas nos fenótipos ou características das cepas. “Uma descoberta relativamente inesperada, mas praticamente importante do nosso estudo, é que cepas probióticas que são 99,9% geneticamente idênticas podem ser fundamentalmente diferentes em seus desempenhos”, detalhou Pan.
Pan afirma que os pesquisadores podem começar a apreciar como o epigenoma influencia significativamente a biologia do genoma e a função celular em bactérias probióticas. “No mundo de hoje, onde entendemos a importância da medicina e nutrição personalizadas, a implantação individualizada de estratégias de edição de genoma para cada cepa bacteriana, às vezes, é necessária para a engenharia genômica bem-sucedida, principalmente para bactérias geneticamente recalcitrantes, como Bifidobacterium”.
Os resultados destacaram que a engenharia de genoma baseada em CRISPR em bactérias não canônicas continua sendo um desafio. “Estamos trabalhando em estreita colaboração com um dos maiores fornecedores de probióticos do mundo para estudar as cepas de Bifidobacterium em seu portfólio proprietário para entender os mecanismos moleculares subjacentes dos benefícios probióticos. Esta pesquisa levantou mais questões: como podemos agilizar melhor o processo de modificação do genoma e como o epigenoma afeta as funções da Bifidobacterium, nas quais nosso laboratório está trabalhando ativamente”, concluiu Pan.
*CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) é um grupo de sequências de DNA presentes em genomas de bactérias.
Fonte: Nutrition Insight
