Microbiologia e a Microbiota Humana

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1 MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO Universidade Federal de Alfenas. Unifal-MG Rua Gabriel Monteiro da Silva, 700. Alfenas/MG. CEP Fone: (35) Fax: (35) Minicurso: Microbiologia e a Microbiota Humana Docente orientador: Prof. Dr. Jorge Kleber Chavasco Ministrantes/Discentes: Ana de Souza Santos Gabriella Martiniano Pereira Paulo Fernando Carlstrom Alfenas-MG 2017

2 1 INTRODUÇÃO O conhecimento científico sobre as interações humanas relacionadas à diversidade de microrganismos componentes da microbiota humana se desenvolveu nos últimos anos em diferentes áreas da ciência. A microbiota humana é o conjunto de microrganismos que reside no organismo humano, o que traz benefícios mútuos (GONÇALVES, 2014). No corpo humano encontra-se grande quantidade de microrganismos, os quais se distribuem em diferentes órgãos e tecidos, podendo-se encontrar dez vezes mais células microbianas que células humanas. A distribuição dos microrganismos depende de vários fatores, tais como: umidade, acidez, temperatura e disponibilidade de nutrientes. Esses microrganismos influenciam o sistema imunológico, a resistência aos patógenos e o aproveitamento dos alimentos (GONÇALVES, 2014). Os diferentes microrganismos componentes da microbiota humana exercem funções importantes e fundamentais para a saúde humana. Segundo Cândido, Tunon e Carneiro (2009), a aquisição de uma microbiota residente, ou seja, uma população microbiana que permanece no corpo ao longo da vida ocorre em etapas. A colonização dá-se pela pele (Staphylococcus epidermidis), seguida pela orofaringe (estreptococos α hemolíticos) e, em seguida, o trato gastrointestinal e outras mucosas. O organismo humano fornece habitats com condições ambientais favoráveis distintas que selecionam o crescimento e distribuição das populações microbianas em resposta a fatores externos e fisiológicos do hospedeiro como idade, dieta, estado hormonal, saúde e higiene pessoal (GONÇALVES, 2014). Na microbiota humana os microrganismos podem ser mutualistas, comensais e oportunistas. Mutualistas são os microrganismos que protegem o hospedeiro, pois produzem nutrientes importantes e colaboram para o crescimento e desenvolvimento do sistema imunológico. Comensais são os microrganismos que mantêm associações sem benefícios ou malefícios detectáveis, sendo estas associações neutras. Oportunistas são os microrganismos que causam doenças em indivíduos com o sistema imune comprometido devido a vários fatores, tais como nos casos de: infecção pelo vírus da imunodeficiência adquirida humana, terapia imunossupressora de transplantados, radioterapia, quimioterapia anticâncer, queimaduras extensas ou perfurações das mucosas (CÂNDIDO; TUNON; CARNEIRO, 2009). O organismo humano dispõe de mecanismos de defesa contra a patogênese bacteriana decorrente da microbiota humana. Porém, alguns microrganismos podem agir como oportunistas, sendo assim, a microbiota constitui-se em reservatório de bactérias

3 patogênicas e estas podem invadir os tecidos do hospedeiro causando doenças graves, mas apenas no caso de imunodeficiência transitória ou persistente (CÂNDIDO; TUNON; CARNEIRO, 2009). 2 BENEFÍCIOS DA MICROBIOTA HUMANA Segundo Cândido, Tunon e Carneiro (2009), a microbiota é multifuncional e tem a capacidade de: o Auxiliar na digestão de polissacarídeos vegetais, na biotransformação de conjugados ácidos da bile e na degradação de oxalatos; o Sintetizar e excretar vitaminas, como ocorre com bactérias entéricas, que produzem vitaminas K e B12 e bactérias láticas, que produzem outras vitaminas do complexo B; o Impedir a colonização por patógenos, por meio da competição por sítios e nutrientes essenciais; o Antagonizar outras bactérias, por meio de síntese de substâncias inibidoras ou letais contra espécies não pertencentes à microbiota normal; o Promover o desenvolvimento de tecidos, como o ceco e tecido linfático no trato gastrointestinal; o Estimular a produção de anticorpos naturais, em baixos níveis, contra os componentes da microbiota normal e que são capazes de reconhecer cruzadamente patógenos relacionados; o Ajudar o sistema imune na apresentação de antígenos, o que torna o organismo mais tolerante a alguns determinantes imunológicos, reduzindo assim as respostas alérgicas a comida e antígenos ambientais. 3 VARIAÇÃO DA MICROBIOTA AO LONGO DA VIDA O desenvolvimento da microbiota ocorre logo após o nascimento e esta influencia a fisiologia do hospedeiro, o desenvolvimento e morfogênese de órgãos e a manutenção do equilíbrio de tecidos e órgãos (GONÇALVES, 2014). As partes do corpo expostas ao ambiente, como a pele e a mucosa, rapidamente sofrem colonização por diversos microrganismos. Estes se distribuem de maneira não uniforme compondo a microbiota normal, a qual permanece em desenvolvimento no indivíduo até o fim de sua vida. Segundo

4 Cândido, Tunon e Carneiro (2009), graças a essa distribuição, cada região habitada no organismo possui uma microbiota com características próprias. Estudos mostram que a forma de nascimento pode afetar no desenvolvimento da microbiota de recém-nascidos podendo afetar ainda a saúde futura do indivíduo. Segundo Cândido, Tunon e Carneiro (2009): A criança entra em contato com os microrganismos da mãe durante a passagem pelo canal vaginal e através do próprio ambiente hospitalar. As que nascem de cesariana tem este último fator como elemento primordial. A população bacteriana se desenvolve logo no primeiro dia de vida e quando nos tornamos adultos a nossa população bacteriana já excede o nosso número total de células somáticas e sexuais. A microbiota no período perinatal é influenciada pela microbiota materna, a forma de nascimento, o tipo de alimentação, além de outros fatores. A composição da microbiota no período neonatal e depois parece ter papel relevante na saúde, mas os pesquisadores ainda têm muito para aprender sobre o processo de formação da microbiota em bebês e quais aspectos podem ter relação causal com doenças futuras (MUELLER et al. 2015). O envelhecimento é acompanhado por alterações orgânicas que podem gerar problemas clínicos. Segundo Zapata e Quagliarello (2015): Adultos com mais de 65 anos de idade têm alta prevalência de doenças comorbidas e exposição concomitante a múltiplos medicamentos, incluindo antibióticos. Com o envelhecimento do trato digestório, este fica sujeito a várias mudanças: dentição e função salivar prejudicada, modificação da dieta, doença diverticular, dentre outras. Juntos, esses fatores podem contribuir para mudanças na microbiota e podem ainda aumentar a susceptibilidade a doenças infecciosas. Com isso, percebe-se que o envelhecimento pode provocar diversas modificações na microbiota intestinal, devido às condições orgânicas individuais. 4 FATORES QUE AFETAM A COMPOSIÇÃO DA MICROBIOTA HUMANA Os diversos locais do organismo constituídos por flora comensal tendem a sofrer alterações na composição dos microrganismos. Estas alterações devem-se tanto a fatores

5 ambientais, como variações na idade, dieta, estilo de vida do hospedeiro, higiene e terapêutica com antibióticos (FIGURA 1; SOMMER E BÄCKHED, 2013). Figura 1: Representação dos fatores ambientais que afetam a composição da microbiota intestinal. Fonte: adaptado de Sommer e Bäckhed (2013). A idade é um fator interessante que modifica a microbiota humana, uma vez que, esta alteração na microbiota pode ser devida, por exemplo, ao aumento da necessidade de digerir a alimentação, com o objetivo de compensar a diminuição da funcionalidade do sistema digestório (MARIAT et al., 2009). A microbiota intestinal é importante para a fermentação de polissacarídeos provenientes da dieta que, por sua vez pode afetar a composição da microbiota bem como a sua atividade. Um exemplo desta situação ocorre quando o indivíduo tem uma dieta rica em fibras (alimentos integrais, cereais, verduras, legumes) que, leva ao aumento de substratos fermentáveis no intestino e da velocidade de trânsito intestinal. Consequentemente, o trânsito intestinal acelerado leva a que microrganismos de crescimento rápido se sobreponham aos de crescimento lento (GONÇALVES, 2014).

6 O impacto da dieta na microbiota intestinal pode ser estimado pela forma como alterações alimentares em curto prazo influenciam a composição da microbiota (GONÇALVES, 2014). David et al. (2014) observaram alterações na composição e atividade intestinal em indivíduos, após 3 dias de mudanças na dieta, superando as diferenças interindividuais na expressão de genes microbianos. A microbiota intestinal é influenciada por diversas particularidades do estilo de vida moderno, como: melhoria do saneamento básico, urbanização, uso excessivo de antibióticos, menor exposição a infeções na infância, vacinação, sedentarismo, entre outros (BERNSTEIN; SHANAHAN, 2008). A higiene, também relacionada com a melhoria do saneamento básico, é um fator ambiental que pode contribuir para a alteração da microbiota. Contrário ao pensamento popular, a exposição escassa a microrganismos, sejam eles benéficos (simbiontes) ou prejudiciais (patogênicos) para o organismo, na fase inicial da vida, pode influenciar negativamente o desenvolvimento normal e adequado do sistema imunológico, o que pode ser explicado por perda de tolerância imunológica por parte do hospedeiro, resultando em respostas imunitárias agressivas e induzindo a ativação de mecanismos de autoimunidade (BOERNER; SARVETNICK, 2011; GONÇALVES, 2014). O tratamento com antibióticos, embora essencial em casos de infeção, podem ter efeitos drásticos na microbiota (especialmente na microbiota intestinal), como a eliminação da diversidade de microrganismos e a desregulação do sistema imunológico do hospedeiro, aumentando a susceptibilidade à doença. O espectro de ação do antibiótico, a dosagem e o tempo de duração do tratamento, a via pela qual é administrado e também as características relativas ao fármaco e ao organismo (farmacocinéticas e farmacodinâmicas), influenciam a forma como os antibióticos alteram a microbiota intestinal (JERNBERG et al., 2010). Os antibióticos usados no tratamento de doenças são, normalmente, de amplo espetro, atingindo não só as bactérias responsáveis pela infecção, como também outros microrganismos. Os microrganismos que resistem podem depender de produtos resultantes do metabolismo secundário efetuado pelas bactérias eliminadas pelo tratamento, o que pode levar à perda de nutrientes e/ou acumulação de produtos tóxicos, interferindo com o equilíbrio normal destes microrganismos, podendo também conduzir à sua eliminação (WILLING et al., 2009). 5 ATIVIDADE PRÁTICA Para diagnosticar uma doença, frequentemente, é necessária a obtenção de uma amostra de material que possa conter o microrganismo patogênico. Algumas precauções são

7 necessárias para realizar uma coleta adequada até a etapa de classificação do microrganismo, sendo: o Coleta de amostras assepticamente; o Identificação dos recipientes das amostras com o nome do hospedeiro, o número do quarto (caso esteja hospitalizado), a data, o horário e os medicamentos administrados; o Transporte imediato ao laboratório para cultura, mantendo as condições ambientais ótimas. No laboratório, amostras de tecidos infectados são cultivadas em meios diferenciais e seletivos na tentativa de isolar e identificar quaisquer patógenos ou organismos que normalmente não são encontrados em associação com estes tecidos, para então chegar-se ao diagnóstico sobre o(s) microrganismo(s) presente(s) na amostra em estudo (TORTORA; FUNKE; CASE, 2012). No caso da microbiota bucal, local que possui um rico ecossistema microbiano, o biofilme de origem bacteriana é formado sobre o esmalte dentário, o qual é composto por uma substância amorfa, quase invisível, formado principalmente por glicoproteínas salivares (CARNEIRO, 2008). A cavidade bucal é o local de acesso ao ambiente interno do corpo. Devido à existência de uma comunidade bacteriana na boca, diferentes fatores alteram funções fisiológicas e morfológicas no local e no restante do corpo. 5.1 Visualização de bactérias em microscopia de campo escuro Objetivo: o Observar organismos vivos em material biológico. Método: o Por meio da raspagem bucal, coletar o material biológico com suabe; o Colocar a amostra no centro da lâmina e sobrepor esta com uma lamínula; o Levar ao microscópio de campo escuro e observar com a objetiva de 40x. Interpretação dos resultados: o Observar o tipo de microrganismo presente na amostra (bactérias, protozoários, fungos ou leveduras), suas formas e motilidade.

8 5.2 Capacidade acidogênica da microbiota do biofilme dental Objetivo: o Comprovar a capacidade de produção de ácidos pelas bactérias do biofilme dental. Método: o Raspagem do biofilme dental e acrescentar a amostra em meio de cultura contendo sacarose (fonte de carboidrato) e indicador de ph. Interpretação dos resultados: o Observar a mudança de coloração do meio demonstrando a capacidade acidogênica dos microrganismos.

9 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BERNSTEIN, C. N.; SHANAHAN, F. Disorders of a modern lifestyle: reconciling the of epidermiology of inflammatory bowel diseases. Gut 2008; 57: BOERNER, P. B.; SARVETNICK, N. E. Type 1 diabetes: role of intestinal microbiome in humans and mice. Ann. N. Y. Acad. Sci., v. 1243, p , CÂNDIDO, A. L.; TUNON, I.L.; CARNEIRO, M.R.P. Microbiologia Geral. São Cristovão: Universidade Federal de Sergipe, CESAD, Disponível em: < Geral_Aula_4.pdf>. Acesso em: 2 set CARNEIRO, R. C. Estudo da microbiota do biofilme supragengival de pacientes em tratamento ortodôntico com diferentes tipos de braquetes p. Dissertação (Mestrado em Ortodontia). Faculdade de Odontologia da Puc Minas, Disponível em: < Acesso em: 20 out DAVID, L. A. et al. Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome. Nature, v. 505, n. 7484, p , GONÇALVES, M. A. P. Microbiota implicações na imunidade e no metabolismo p. Dissertação (Mestrado em Ciências Farmacêuticas). Universidade Fernando Pessoa, Porto, Portugal, Disponível em: < Acesso em: 2 set JERNBERG, C. et al. Long-term impacts of antibiotic exposure on the human intestinal microbiota. Microbiology, v. 156, n. Pt 11, p , MARIAT, D. et al. The FIRMICUTES/BACTEROIDETES ratio of the human microbiota changes with age. BMC Microbiol., v. 9, p. 123, MUELLER, N. T. et al. The infant microbiome development: mom matters. Trends Mol. Med., v. 21, n. 2, p , SOMMER, F.; BÄCKHED, F. The gut microbiota - masters of host development and physiology. Nat. Rev. Microbiol., v. 11, n. 4, p , TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L.Microbiologia.10. ed., Porto Alegre: Artmed, WILLING, B. et al. Twin studies reveal specific imbalances in the mucosaassociated microbiota of patients with ileal Crohn's disease. Inflamm. Bowel Dis., v. 15, n. 5, p , ZAPATA, H. J.; QUAGLIARELLO, V. J. The microbiota and microbiome in aging: potential implications in health and age-related diseases. J. Am. Geriatr. Soc., v. 63, n. 4, p , 2015.