The First Microbial Colonizers of the Human Gut

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The First Microbial Colonizers of the Human Gut : Composition , Activities , and Health Implications of the Infant Gut Microbiota
O "metaboloma" é definido como o conjunto completo de metabolitos presentes num sistema biológico [45, 46]. Metabólitos (pequenas moléculas <1.500 Da) são intermediários ou produtos finais do metabolismo celular [46]. Metabólitos podem ser produzidos diretamente pelo organismo hospedeiro, ou podem ser derivados de várias outras fontes externas, como dieta, micróbios ou fontes xenobióticas [47].
Metabolômica, também conhecida como metabonômica, é o estudo no qual todos os metabólitos de um sistema biológico são quantificados [46, 48]. Dado o complemento
xidade dos sistemas biológicos e limitações analíticas, não é possível identificar
 e / ou quantificar todos os metabolitos presentes numa amostra. No entanto, a metabolômica tenta cobrir e descrever o número máximo possível de metabólitos, dadas as limitações experimentais. Metabolômica pode ser realizada de maneira direcionada e / ou não direcionada. Os métodos não direcionados são otimizados para cobrir o máximo possível do metaboloma.
O crescente interesse nas análises do metaboloma fecal pode ser atribuído ao fato de que as fezes são o produto final final dos processos de digestão que ocorrem no intestino. As amostras são facilmente acessíveis e fornecem uma matriz de amostra não invasiva para estudar o resultado da atividade metabólica de micróbios, o hospedeiro e seu co-metabolismo. O material fecal fornece informações valiosas para uma potencial descoberta de biomarcadores relacionada à disbiose do intestino. No entanto, as amostras fecais são material biológico heterogêneo e, portanto, apresenta vários desafios.
A finalidade geral da metabolômica aplicada ao intestino pode ser generalizada em duas grandes categorias, i) para estudar vários estados de doença ou ii) para entender o impacto de constituintes dietéticos específicos [34, 67]. Micróbios e suas alterações metabólicas resultantes (> 600 metabólitos microbianos) têm sido associados a: múltiplas doenças (> 35), intervenções dietéticas, exposição a metais e / ou tratamento com antibióticos. Recentemente, Rojo et al. (2017) forneceu uma visão abrangente dos metabólitos microbianos que foram associados a alterações na microbiota humana em termos de composição e função [94]. Aqui, nos concentramos em metodologias que foram usadas para interligar os marcadores metabólicos e os
perturbação ted em estados de múltiplas doenças.
A figura 2 representa um esquema integrativo para análise metagenômica e metabolômica. Resumidamente, para associar micróbios e suas funções, os conjuntos de dados metagenômicos são processados ​​para identificar as espécies microbianas mais abundantes dentro da comunidade intestinal e, assim, os genes são catalogados [95, 96]. Estes genes são funcionalmente anotados, alinhando-os com o representante de famílias de genes ortólogos [97]. Além disso, esses conjuntos de genes poderiam ser integrados às vias metabólicas.
Os OTUs gerados podem ser estatisticamente associados com níveis significativamente alterados de metabólitos e, assim, o fenótipo metabólico dos micróbios pode ser inferido [98].
O intestino humano abriga trilhões de microrganismos que constituem a flora intestinal (microbiota) [1]. Esses micróbios exibem relações comensais, simbióticas e patogênicas com o hospedeiro e entre si [2]. A coleta de todo o material genético obtido a partir desses micróbios compreende o microbioma intestinal (GM) [3]. O GM humano compreende mais de 1000 espécies microbianas [4], que agregam cerca de 1,5 kg de biomassa [5]. O GM inclui bactérias, vírus, archaea e organismos eucarióticos, como fungos. No entanto, a maioria dos GM em humanos é composta de bactérias anaeróbias facultativas e obrigatórias pertencentes a cinco filos diferentes, incluindo Firmicutes (major), Bacteriodetes (major), Proteobacteria (minor), Verrumicrobia (major) e Actinobacteria (minor) [6] .
Além disso, o GMs canaliza vitaminas essenciais (B, K) e nutrientes que atuam como
reagentes para reações metabólicas [14-16]. A definição padrão de um GM saudável ainda está em discussão. No entanto, sabe-se que um microbioma intestinal estável e diverso é vital para a saúde e o bem-estar humanos [17]. Evidências crescentes sugerem que o GM desempenha um papel fundamental na regulação da homeostase e fisiologia do hospedeiro
Além disso, os micróbios promovem a homeostase intestinal, estimulam o desenvolvimento do sistema imunológico e fornecem proteção contra patógenos [13].
Evidências recentes também sugerem que o GM modula o humor e comportamento humanos. A evidência atual, portanto, faz a afirmação de Hipócrates de que “toda doença começa no intestino”, mais convincente hoje do que nunca.
Portanto, eles passam inalterados para o intestino, onde são catabolizados pelos micróbios do intestino, resultando em uma infinidade de metabólitos a jusante. O pool metabólico do intestino é derivado principalmente do metabolismo de carboidratos, proteínas e lipídios [30].
Ao contrário do genoma humano, o microbioma é relativamente adaptável. Ele pode ser rapidamente alterado por meio de fatores como dieta, medicamentos, probióticos e metabólitos produzidos por microrganismos. Alterações na microbiota ou no microbioma podem, portanto, afetar a saúde. A microbiota intestinal é vista cada vez mais como um importante alvo de agentes farmacológicos.
Pequenas moléculas têm muitos papéis importantes em toda a árvore da vida: elas regulam os processos do metabolismo para a transcrição, permitem a sinalização dentro e entre as espécies e servem como blocos de construção bioquímicos para as células. Eles também representam endpoints fenotípicos valiosos que são promissores para uso como biomarcadores de estados de doença. No contexto da engenharia de terapias baseadas em células, elas são particularmente promissoras para permitir um controle mais refinado sobre as células terapêuticas e permitir que elas sejam responsivas a estímulos extracelulares. A sinalização natural e as funções reguladoras de pequenas moléculas podem ser aproveitadas e religadas para controlar a atividade celular e a distribuição de cargas úteis, potencialmente aumentando a eficácia e, ao mesmo tempo, diminuindo a toxicidade. Para esse fim, esta revisão considera pequena regulação mediada por moléculas e sinalização em bactérias. Primeiro, discutimos algumas das aplicações e aspirações mais proeminentes para terapias responsivas baseadas em células. Em seguida, descrevemos o transporte, a sinalização e a regulação associados a três classes de moléculas que podem ser exploradas na engenharia de bactérias terapêuticas: aminoácidos, ácidos graxos e moléculas sinalizadoras de quorum-sensing. Também apresentamos exemplos de esforços de engenharia existentes para gerar células que detectam e respondem a níveis de diferentes moléculas pequenas. Finalmente, discutimos as direções futuras de como a regulação mediada por pequenas moléculas poderia ser aproveitada para aplicações terapêuticas, bem como algumas considerações críticas para o sucesso final de tais esforços. 
Pequenas moléculas têm muitos papéis importantes, elas regulam os processos do metabolismo para a transcrição, permitem a sinalização dentro e entre as espécies e servem como blocos de construção bioquímicos para as células (Mcnerney & Styczynski, 2017). O estudo de fenômenos de comunicação bacteriana ficaram concretizados ao redor do termo quorum sensing, porém existem outros eventos de sinalização que não são verdadeiramente ‘quorum sensing’, como a comunicação celular ocorre nas bactérias ainda não está completamente elucidada, por praticidade, o termo quorum sensing é utilizado para designar qualquer evento de sinalização bacteriana. 
O metaboloma é definido como o conjunto completo de metabólitos presentes num sistema biológico. Metabólitos são pequenas moléculas ( <1.500 Da) que podem ser intermediários ou produtos finais do metabolismo celular. Osmetabólitos podem ser produzidos diretamente pelo organismo hospedeiro, ou podem ser derivados de várias outras fontes externas, como dieta, microrganismos ou fontes xenobióticas. O intestino humano abriga mais de 1000 epécies microbianas e sabemos que um microbioma intestinal estável e diverso é vital para a saúde e o bem-estar dos humanos . Evidências sugerem que o microbioma instestinal desempenha um papel fundamental na regulação da homeostase e fisiologia do hospedeiro. Logo, estudos que indicam a identidade e a concentração desses metabólitos podem auxiliar na compreensão do impacto metabólico que os micróbios possuem em seu hospedeiro (Lamichhane et al., 2018).