Aula 1 Microbiota

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Leandro	
  Lobo	
  
lobol@micro.ufrj.br	
  
Introdução	
  
  Microbiota	
  
  É	
  o	
  conjunto	
  de	
  todas	
  as	
  espécies	
  de	
  
microrganismos	
  que	
  habitam	
  um	
  ambiente	
  
Introdução	
  
  Microbiota	
  
  Interações	
  entre	
  os	
  diversos	
  organismos	
  nesse	
  
ambiente 	
  	
  
Microrganismos	
  presentes	
  na	
  microbiota	
  humana	
  
incluem	
  espécies	
  dos	
  três	
  domínios	
  
Bacteria	
  
Archaea	
  
Fungi	
  
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Skin_Microbiome20169-­‐300.jpg	
  
O	
  Microbioma	
  humano	
  difere	
  de	
  
uma	
  pessoa	
  para	
  outra	
  tanto	
  em	
  
quantidade	
  quanto	
  variedade	
  de	
  
espécies	
  
O	
  Projeto	
  Microbioma	
  Humano	
  está	
  
começando	
  a	
  identificar	
  as	
  espécies	
  de	
  
microrganismos	
  presentes	
  em	
  
diferentes	
  sítios	
  do	
  corpo	
  
Algumas	
  regiões	
  são	
  “hotspots”	
  para	
  
proliferação	
  microbiana	
  
Some	
  microbes	
  are	
  native,	
  	
  
normally	
  found	
  in	
  the	
  body	
  
Some	
  microbes	
  are	
  
introduced,	
  suddenly	
  
arriving	
  at	
  a	
  new	
  residence	
  
in	
  the	
  body	
  
	
  	
  	
  Estabelecimento	
  da	
  microbiota	
  	
  
Fatores	
  determinantes:	
  
 	
  pH	
  
 	
  Temperatura	
  
 	
  Umidade	
  
 	
  Potencial	
  redox	
  
 	
  Disponibilidade	
  de	
  oxigênio	
  
 	
  Disponibilidade	
  de	
  nutrientes	
  
Movimentos	
  peristálticos,	
  renovação	
  	
  
celular,	
  presença	
  de	
  secreções	
  como	
  	
  
saliva,	
  lagrimas	
  e	
  acídos	
  graxos.	
  	
  
	
   	
  	
  
  Como	
  somos	
  colonizados?	
  
Microbiota	
  intestinal	
  de	
  recém	
  
nascidos	
  é	
  similar	
  a	
  microbiota	
  vaginal	
  
materna	
  	
  
Nos	
  primeiros	
  anos	
  de	
  vida	
  a	
  microbiota	
  é	
  muito	
  váriavel	
  	
  
Estudos	
  com	
  gêmeos	
  dizigóticos	
  e	
  monozigóticos	
  indicam	
  um	
  
importante	
  papel	
  do	
  ambiente	
  na	
  composição	
  da	
  microbiota	
  
Aspectos	
  benéficos	
  :	
  microbiota	
  
• 	
  Competição	
  por	
  nutrientes	
  
• 	
  Competição	
  por	
  sítios	
  de	
  
adesão	
  
• 	
  Produção	
  de	
  compostos	
  
antimicrobianos:	
  
Bacteriocinas	
  
• 	
  Indução	
  da	
  produção	
  de	
  
compostos	
  antimicrobianos:	
  
defensinas	
  
Aspectos	
  benéficos	
  :	
  microbiota	
  
• 	
  Desenvolvimento	
  do	
  sistema	
  imune	
  
• 	
  Estimula	
  a	
  produção	
  de	
  IgA	
  
Aspectos	
  benéficos	
  :	
  microbiota	
  
• 	
  Digestão	
  de	
  polissacarídeos	
  
complexos	
  
• 	
  Produção	
  de	
  vitaminas	
  
• 	
  Absorção	
  de	
  íons	
  
• 	
  Metabolismo	
  de	
  
carcinógenos	
  	
  
**Rever	
  conceitos	
  básicos	
  da	
  microbiologia	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  “patogenicidade”	
  	
  
	
  	
  panorama	
  atual	
  das	
  doenças	
  infecciosas	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  doenças	
  oportunistas	
  >	
  “clássicas”	
  
Patogenicidade : Unilateral 
bactéria patogênica 
(atributos de virulência) 
 doença 
 infecção 
 bactéria 
 não patogênica 
(sem atributos de virulência?) 
relacionamentos 
 pacíficos 
 colonização 
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Patogenicidade	
  :	
  Multifatorial	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Bactéria	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Ambiente	
  hospedeiro	
  	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Interação	
  entre	
  seres	
  vivos:	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  complexidade,	
  dinamismo	
  
	
  	
  Bactérias	
  variáveis	
  :	
  potencial	
  de	
  agressão*	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  X	
  
Hospedeiros	
  variáveis:	
  mecanismos	
  de	
  defesa	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  “Doença”	
  :	
  desequilíbrio	
  na	
  interação	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Equilíbrio	
  :	
  relacionamentos	
  comensais	
  	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
   	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Microbiota	
  anfibiôntica	
  
  A	
  maioria	
  são	
  bactérias	
  anaeróbias	
  estritas:	
  100:1	
  em	
  
relação	
  a	
  faculta:vas	
  e	
  aeróbias	
  
  2	
  filos	
  são	
  predominantes:	
  Bacteroidetes	
  e	
  Firmicutes	
  	
  
  Proteobacteria,	
  Verrucomicrobia,	
  	
  
Actinobacteria,	
  Fusobacteria	
  
	
  e	
  Cyanobacteria	
  	
  
Numero	
  de	
  espécies	
  
presentes:	
  ?	
  
  microbiota	
  :	
  “órgão”	
  metabolicamente	
  a:vo	
  
  10-­‐100x	
  o	
  número	
  de	
  células	
  do	
  hospedeiro	
  
  1000x	
  o	
  número	
  de	
  genes	
  –	
  microbioma	
  
  Capacidade	
  de	
  adaptação	
  a	
  um	
  nicho	
  que	
  sofre	
  
constantes	
  alterações	
  
  Dieta,	
  estado	
  de	
  saúde,	
  uso	
  de	
  animicrobianos	
  
  A:vidades	
  bioquímicas	
  e	
  metabólicas	
  
complementares	
  ao	
  do	
  hospedeiro	
  
  Supraorganismos	
  
Aspectos	
  benéficos	
  :	
  microbiota	
  
	
  	
  	
  	
  Microbiota	
  x	
  Obesidade	
  
Balanço	
  entre	
  grupos	
  microbianos	
  
	
   	
  	
  	
  Firmicutes	
  
	
   	
   	
  	
  	
  	
  X	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Bacteroidetes	
  
Camundongos	
  gene:camente	
  obesos:	
  
	
  >Firmicutes	
  
Camundongos	
  alimentados	
  com	
  uma	
  	
  
dieta	
  	
  calórica	
  
	
  >Firmicutes	
  
microbiota	
  rica	
  em	
  genes	
  associados	
  
à	
  degradação	
  de	
  macromoléculas	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Humanos	
  obesos:	
  idem	
  
Regiões	
  	
  pobres	
  :	
  
Pele	
  :	
  104	
  bactérias/cm2	
  
Staphylococcus	
  epidermidis*,	
  Corynebacterium,	
  
Propioniobacterium	
  
Diversos	
  microambientes	
  
• 	
  Seco,	
  acídico	
  e	
  aeróbico	
  
Flora	
  específica:	
  
 	
  Axilas,	
  períneo	
  e	
  espaço	
  
interdigital	
  
 	
  mãos,	
  face	
  e	
  torso	
  
 	
  ante-­‐braço	
  e	
  pernas	
  
Regiões	
  	
  ricas	
  :	
  cavidade	
  oral	
  
saliva	
  :	
  108	
  bactérias/ml	
  
placas	
  dentais:	
  1011bactérias	
  
Streptococcus,	
  Lactobacillus	
  ,	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  anaeróbios	
  
Vias	
  aéreas	
  superiores	
  
Faringe:	
  cavidade	
  oral	
  
Fossas	
  nasais:	
  estafilococos*,	
  corinebactérias	
  
	
   	
   	
   	
  	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Staphylococcus	
  aureus:	
  30%	
  
	
   	
  	
  	
  	
  	
  Streptococcus	
  pneumoniae:	
  25%-­‐40%	
  
	
   	
  	
  	
  	
  	
  
Trato	
  Genito–urinário	
  
Microbiota	
  vaginal:	
  idade,	
  pH,	
  hormônios	
  
Lactobacillus	
  :	
  saúde	
  (acidez),	
  produção	
  de	
  peróxido	
  	
  
de	
  hidrogênio,	
  Destruição	
  da	
  flora	
  em	
  geral	
  leva	
  ao	
  	
  
surgimento	
  de	
  infeções	
  por	
  leveduras/fungos	
  
Vaginose	
  bacteriana	
  :	
  não	
  cultiváveis	
  
	
  Associada	
  a	
  presença	
  de	
  Gardenerella	
  vaginalis	
  
Uretra	
  anterior:	
  S.	
  epidermidis,	
  Corynebacterium,	
  
	
  Streptococcus,	
  E,coli,	
  etc	
  :	
  análises	
  quantitativas	
  
Estudos	
  da	
  importância	
  da	
  microbiota	
  
• 	
  modelos	
  animais	
  
• 	
  germ-­‐free,	
  gnotobióticos	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  Vantagens	
  	
  x	
  	
  Desvantagens	
  
	
   	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  VANTAGENS	
  
1.	
  Limitação	
  no	
  estabelecimento	
  de	
  
	
  	
  	
  	
  	
  microrganismos	
  :	
  exógenos/	
  endógenos	
  
2.	
  Estimulação	
  do	
  Sistema	
  Imune	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  DEFESA	
  
3.	
  Diferenciação	
  tecidual	
  (epitélio	
  intestinal)	
  
4.	
  Auxílio	
  ao	
  metabolismo	
  hospedeiro	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  “orgão	
  acessório”	
  
	
  	
  EVENTUAIS	
  DESVANTAGENS	
  
1.  agentes	
  de	
  infecções	
  endógenas	
  	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
   	
  	
  	
  
desequilíbrios	
  
	
   	
  no	
  próprio	
  sítio/sítios	
  secundários	
  
2.	
  Associação	
  a	
  doenças	
  inflamatórias	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  cancêr	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  obesidade	
  
	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  	
  autismo	
  
	
  Conhecimento	
  da	
  microbiota	
  
	
  	
  	
  diagnóstico	
  :	
  terapêuticos	
  	
  
Interferência	
  na	
  composição	
  da	
  população	
  
Probióticos 	
   	
   	
   	
  Prebióticos	
  
Métodos	
  para	
  caracterização	
  
da	
  microbiota	
  
  Que	
  microrganismos	
  estão	
  presentes?	
  
  Quais	
  é	
  a	
  relação	
  clonal	
  entre	
  isolados	
  de	
  
uma	
  mesma	
  espécie?	
  
  Qual	
  o	
  papel	
  dessas	
  espécies	
  na	
  fisiologia	
  
humana?	
  
Métodos	
  para	
  caracterização	
  
da	
  microbiota	
  
  Análise	
  da	
  sequência	
  de	
  rRNA	
  
  Um	
  mosaico	
  de	
  regiões	
  conservadas	
  e	
  regiões	
  
espécie-­‐específicas	
  
  Gel	
  desnaturante	
  (DGGE/TGGE)	
  
  Sequenciamento	
  de	
  rRNA	
  
  Filochips	
  (gene	
  microarray)	
  
MICROBIOMA	
  
Métodos	
  para	
  caracterização	
  
da	
  microbiota	
  
  Metagenômica	
  
  Análise	
  dos	
  genes	
  presentes	
  e	
  expressos	
  
  Desafio:	
  quantidades	
  massivas	
  de	
  informação	
  
  Sequenciamento	
  de	
  ultima	
  geração	
  
  Pirosequenciamento	
  (454	
  roche)	
  
  Illumina	
  
  ABI	
  SolID	
  
  Ion	
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