Como os neurônios Sentem Bactérias no Intestino

A Complexa Relação Entre Bactérias e o Sistema Nervoso

Pesquisas recentes indicam que animais e humanos mantêm relacionamentos próximos e complexos com as bactérias que os cercam e habitam. O microbioma intestinal humano, por exemplo, está associado a condições como depressão e doença de Parkinson. Para compreender os mecanismos que permitem que o microbioma bacteriano influencie a função cerebral, um novo estudo conduzido por neurocientistas do Picower Institute for Learning and Memory do MIT examina as interações em um modelo de 'especialista bacteriano', o nematoide Caenorhabditis elegans.

No estudo publicado na Current Biology, a equipe liderada pela pesquisadora Cassi Estrem identifica os químicos específicos que um neurônio chave em C. elegans detecta, tanto nas bactérias que consome quanto nas que precisa evitar.

Detectando o Alimento e o Perigo

“Em nossos corpos, nossas próprias células são superadas pelas células bacterianas que vivem em nós. Isso possui um impacto profundo na saúde humana”, afirma o professor Steven Flavell, membro do Instituto de Medicina Howard Hughes e da Faculdade de Ciências Cerebrais e Cognitivas do MIT. “Nosso estudo visava identificar os mecanismos que demonstram como o sistema nervoso do hospedeiro é afetado pelas bactérias no canal alimentar.”

Flavell descreve C. elegans como um “especialista bacteriano” devido ao fato de que esse pequeno e transparente nematoide evoluiu para se alimentar de bactérias, ao mesmo tempo que precisa evitar aquelas que podem ser patogênicas. Essa necessidade levou ao desenvolvimento de um sistema nervoso altamente sensível para distinguir o que é alimento e o que é inimigo.

Em 2019, o laboratório identificou que o neurônio NSM, que projeta-se no canal alimentar do verme, utiliza dois “canais iônicos sensíveis ao ácido” (ASICs) para detectar quando certas bactérias foram ingeridas. Quando o NSM detecta bactérias benéficas, ele libera serotonina, resultando em um aumento na taxa de alimentação e desacelerando o movimento do animal para aproveitar a refeição em torno.

A Análise Detalhada dos Componentes Bacterianos

Para compreender melhor esses mecanismos, Flavell e Estrem decidiram investigar os componentes químicos que os canais iônicos detectam nas bactérias. Expondo os vermes a 20 tipos diferentes de bactérias, a equipe verificou que todas ativavam a atividade do NSM em diversos níveis. Após uma análise meticulosa, descobriram que a ativação do NSM é impulsionada especificamente pelos açúcares polissacarídeos que revestem muitas bactérias, incluindo o peptidoglicano nas gram-positivas e uma outra polissacarídeo nas gram-negativas.

Além de demonstrar como os polissacarídeos ativam o NSM e promovem o comportamento alimentar, os pesquisadores mostraram que geneticamente eliminar os ASICs aboliu essas respostas. A equipe também testou os sinais de perigo em bactérias prejudiciais, usando Serratia marcescens, uma bactéria também infecciosa para os humanos. Quando o NSM detectou a presença de prodigiosina, um pigmento tóxico nas strains vermelhas, a ativação do neurônio não ocorreu e o verme não ingeriu a substância.

Implicações Futuras

Flavell acredita que os mecanismos fundamentais destacados neste estudo poderão informar pesquisas sobre mecanismos similares em outros animais. “Identificamos esses caminhos estudando este organismo que é especialista na detecção de bactérias e exibe respostas robustas”, explica Flavell. “Mas não há razão para que esses caminhos sejam limitados ao C. elegans. Os componentes moleculares que identificamos estão presentes em muitas espécies, incluindo mamíferos.”

O estudo foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde, pela Fundação McKnight, pela Fundação Alfred P. Sloan, pelo Instituto Howard Hughes e pela Freedom Together Foundation.