Em nosso intestino, vivem trilhões de microrganismos, principalmente na forma de comunidades densas e organizadas ao longo do revestimento intestinal. Esses aglomerados microbianos, conhecidos como biofilmes, são ecossistemas dinâmicos essenciais para a digestão, a função imunológica e a proteção contra doenças. No entanto, entender como eles funcionam permanece um desafio científico há muito tempo.
Uma equipe de pesquisadores da UC Berkeley e Amin Valiei, ex-pesquisador de pós-doutorado no laboratório de Mofrad, desenvolveram uma plataforma computacional avançada, chamada MetaBiome, que simula como diferentes espécies de bactérias intestinais crescem e interagem ao longo do tempo, oferecendo novos insights sobre o mundo microscópico dentro de nós. O estudo, publicado recentemente no periódico mSystems , revela as regras que orientam como as bactérias benéficas estabelecem comunidades estáveis e promovem a saúde intestinal. “Nosso modelo nos permite observar o interior dessas comunidades complexas e microscópicas, para que possamos observar como as bactérias intestinais crescem, se adaptam e respondem às mudanças nas condições”, disse Mohammad Mofrad, pesquisador principal do estudo e professor de bioengenharia e engenharia mecânica. “Agora podemos começar a entender melhor as regras que regem seu comportamento e, potencialmente, desenvolver maneiras mais eficazes de promover a saúde intestinal e tratar doenças.”
Usar o MetaBiome para modelar essas comunidades é como construir um mundo virtual, onde cada personagem é uma bactéria, com características, comportamentos e necessidades únicas. Esses personagens vivem dentro de um intestino virtual, onde o alimento (nutrientes) flui, os resíduos se acumulam e novos micróbios entram em cena constantemente. Algumas bactérias trabalham juntas, compartilhando nutrientes e ajudando umas às outras a sobreviver. Outras competem e expulsam suas vizinhas.
Os pesquisadores podem “observar” milhares desses micróbios digitais crescerem, se moverem e interagirem — como uma cidade movimentada onde o comportamento de cada habitante influencia toda a comunidade. “É como programar uma sociedade em miniatura”, disse o coautor principal Javad Aminian-Dehkordi, aluno de doutorado no laboratório de Mofrad. “Podemos testar diferentes cenários — como o que acontece quando os nutrientes mudam ou uma nova espécie entra — e ver como a comunidade se adapta.”
As simulações revelaram que o trabalho em equipe compensa nessas comunidades. “Descobrimos que bactérias que se ajudam mutuamente por meio da troca de produtos metabólicos criam comunidades mais estáveis e bem misturadas”, disse o coautor principal Andrew Dickson, também aluno de doutorado no laboratório de Mofrad. “E essas relações bacterianas cooperativas perduraram mesmo quando desafiadas por mudanças ambientais ou pela introdução de novas espécies bacterianas. Essa resiliência ajuda a explicar por que comunidades intestinais saudáveis conseguem permanecer estáveis por longos períodos.” Talvez uma das descobertas mais reveladoras esteja relacionada à estrutura. Os pesquisadores descobriram que o arranjo físico das bactérias intestinais é tão importante quanto as espécies — e quantas — estão presentes.
“Comunidades bem misturadas e cooperativas parecem ser mais eficazes na proteção da barreira intestinal e na resistência à invasão de bactérias nocivas em comparação com comunidades segregadas e competitivas”, disse Dickson. “Essa descoberta sugere que a forma como as bactérias se organizam espacialmente e interagem pode ser crucial para a saúde intestinal.” As implicações deste trabalho são de amplo alcance — desde melhorar tratamentos para doenças inflamatórias intestinais até aumentar a eficácia de transplantes fecais e encontrar novas estratégias para combater infecções resistentes a antibióticos. “Ao compreender as regras sociais dos micróbios intestinais”, disse Mofrad, “podemos criar maneiras mais inteligentes de ajudar comunidades benéficas a prosperar e manter as prejudiciais sob controle”.
