{"id":29746,"date":"2023-03-09T09:22:02","date_gmt":"2023-03-09T12:22:02","guid":{"rendered":"https:\/\/cnpem.br\/?p=29746"},"modified":"2023-03-09T09:48:46","modified_gmt":"2023-03-09T12:48:46","slug":"estudo-do-cnpem-revela-como-bacteria-chave-da-microbiota-intestinal-metaboliza-carboidratos-complexos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cnpem.br\/en\/estudo-do-cnpem-revela-como-bacteria-chave-da-microbiota-intestinal-metaboliza-carboidratos-complexos\/","title":{"rendered":"Estudo do CNPEM revela como bact\u00e9ria-chave da microbiota intestinal metaboliza carboidratos complexos"},"content":{"rendered":"

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Publicado originalmente em Ag\u00eancia FAPESP<\/a> em 9 de mar\u00e7o de 2023<\/p>\n

Maria Fernanda Ziegler | Ag\u00eancia FAPESP<\/b> \u2013 No intestino de beb\u00eas rec\u00e9m-nascidos, uma bact\u00e9ria conhecida como Bifidobacterium longum<\/i> tem o papel fundamental de quebrar os carboidratos do leite e auxiliar na digest\u00e3o da \u00fanica fonte de alimento dos pequenos. Outra importante fun\u00e7\u00e3o da esp\u00e9cie \u00e9 inibir a prolifera\u00e7\u00e3o de microrganismos causadores de doen\u00e7as, ajudando a equilibrar a microbiota intestinal.<\/p>\n

\"\"

Em rec\u00e9m-nascidos, a Bifidobacterium longum \u00e9 essencial para a digest\u00e3o do leite; nos adultos, ajuda a transformar mol\u00e9culas complexas formadas por carboidratos e prote\u00ednas em fontes acess\u00edveis de energia, como a glicose. As estrat\u00e9gias moleculares usadas nesses processos foram descritas na Nature Chemical Biology e podem inspirar o desenvolvimento de produtos aliment\u00edcios para humanos e animais (imagem: acervo dos pesquisadores)<\/p><\/div>\n

Mesmo depois que o beb\u00ea cresce e passa a ter uma alimenta\u00e7\u00e3o variada, essa bact\u00e9ria probi\u00f3tica persiste no intestino \u2013 agora com a fun\u00e7\u00e3o de metabolizar carboidratos associados a prote\u00ednas, mol\u00e9culas conhecidas como N-glicanos.<\/p>\n

Cientistas do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) descobriram que a persist\u00eancia da B. longum<\/i> no intestino adulto est\u00e1 justamente ligada ao fato de ela conseguir quebrar os N-glicanos \u2013 uma fonte de carbono perene nesse ambiente. Uma vez despolimerizados, esses carboidratos originam uma grande quantidade de monossacar\u00eddeos, ou seja, carboidratos simples, como glicose e manose, por exemplo.<\/p>\n

No trabalho, apoiado<\/a><\/strong> pela FAPESP e divulgado<\/a><\/strong> na revista Nature Chemical Biology<\/i>, os pesquisadores descrevem, pela primeira vez, o mecanismo molecular com que as bact\u00e9rias degradam e metabolizam essas fontes de carbono. O achado abre caminho para o desenvolvimento de novos componentes para produtos aliment\u00edcios, ra\u00e7\u00f5es para animais e produtos probi\u00f3ticos capazes de melhorar o funcionamento do intestino humano e de outros mam\u00edferos.<\/p>\n

\u201cDescobrimos que, al\u00e9m de quebrar os carboidratos do leite, essas bact\u00e9rias conseguem se manter em um ambiente t\u00e3o competitivo como a microbiota intestinal por terem uma adapta\u00e7\u00e3o que as permite clivar e metabolizar os a\u00e7\u00facares dos N-glicanos, que v\u00eam das N-glicosila\u00e7\u00f5es de prote\u00ednas [adi\u00e7\u00e3o de a\u00e7\u00facar a prote\u00ednas] provenientes da alimenta\u00e7\u00e3o ou do pr\u00f3prio trato intestinal. Vale ressaltar que os N-glicanos s\u00e3o oligossacar\u00eddeos qu\u00edmica e estruturalmente complexos e nem todas as bact\u00e9rias que habitam o trato intestinal conseguem cliv\u00e1-los\u201d, diz Mario Murakami<\/a><\/strong>, diretor cient\u00edfico do Laborat\u00f3rio Nacional de Biorrenov\u00e1veis (LNBR-CNPEM).<\/p>\n

Para elucidar todas as estrat\u00e9gias moleculares empregadas pela bact\u00e9ria para a sobreviv\u00eancia na microbiota, desde a fase neonatal at\u00e9 a vida adulta, os pesquisadores combinaram an\u00e1lises bioqu\u00edmicas, muta\u00e7\u00e3o s\u00edtio-dirigida, espectrometria de massas, criomicroscopia eletr\u00f4nica de alta resolu\u00e7\u00e3o (crio-EM) e simula\u00e7\u00f5es de din\u00e2mica molecular.<\/p>\n

Colaboraram pesquisadores da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), da Emory University (Estados Unidos), da Maryland University (Estados Unidos) e do Biocruces Bizkaia Health Research Institute (Espanha).<\/p>\n

Para a vida toda<\/h3>\n

Os autores descobriram que, al\u00e9m das bact\u00e9rias B. longum<\/i> possu\u00edrem genes que permitem utilizar os carboidratos do leite, elas tamb\u00e9m apresentam sistemas enzim\u00e1ticos para a degrada\u00e7\u00e3o de outros tipos de carboidratos. Murakami explica, que dada a complexidade dos N-glicanos, a bact\u00e9ria precisa de um conjunto diverso de enzimas, com diferentes modos de a\u00e7\u00e3o e mecanismos de reconhecimento do substrato [mol\u00e9cula-alvo de uma enzima], para quebrar todas as liga\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas presentes nesses carboidratos, al\u00e9m de requerer diversas enzimas para metabolizar os a\u00e7\u00facares gerados pela degrada\u00e7\u00e3o dos N-glicanos.<\/p>\n

\u201cA estrutura dos N-glicanos lembra a dos galhos das \u00e1rvores. Esses galhos s\u00e3o compostos por distintos monossacar\u00eddeos, como manose, glicose e N-acetilglicosamina, e est\u00e3o conectados por pelo menos cinco diferentes liga\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas, gerando uma complexidade estrutural e qu\u00edmica recalcitrante para degrada\u00e7\u00e3o bioqu\u00edmica. A partir desse estudo, conseguimos entender em n\u00edvel molecular e at\u00f4mico como o sistema enzim\u00e1tico constitu\u00eddo por nove enzimas de B. longum<\/i> age de forma cooperativa para a desconstru\u00e7\u00e3o desses carboidratos complexos\u201d, conta Murakami \u00e0 Ag\u00eancia FAPESP<\/b>.<\/p>\n

Um aspecto interessante do trabalho foi que, ao desvendar o processo usado por essas bact\u00e9rias probi\u00f3ticas para a clivagem de oligossacar\u00eddeos complexos, os pesquisadores descobriram tamb\u00e9m uma s\u00e9rie de caracter\u00edsticas inusitadas da B. longum<\/i>.<\/p>\n

Um exemplo \u00e9 o processo metab\u00f3lico raro usado por essas bact\u00e9rias para metabolizar a manose. \u201cPrimeiro \u00e9 isomerizada [transforma\u00e7\u00e3o que mant\u00e9m a f\u00f3rmula molecular, mas altera as propriedades f\u00edsicas e qu\u00edmicas] em frutose para depois ser fosforilada [adi\u00e7\u00e3o de um grupo fosfato na mol\u00e9cula]. Por\u00e9m, na grande maioria das bact\u00e9rias que metabolizam a manose, ela primeiro \u00e9 fosforilada e depois isomerizada. A B. longum<\/i> atua por uma rota metab\u00f3lica invertida em rela\u00e7\u00e3o \u00e0 usual\u201d, explica Murakami.<\/p>\n

Outro achado est\u00e1 no sofisticado mecanismo de coopera\u00e7\u00e3o de quatro enzimas que atuam na clivagem das ramifica\u00e7\u00f5es de manose. Os pesquisadores verificaram que uma enzima sozinha \u2013 uma \u03b1-mannosidase da fam\u00edlia GH38 (Bl_Man38B) \u2013 tem modo de a\u00e7\u00e3o generalista at\u00edpico e consegue desconstruir o N-glicano por inteiro.<\/p>\n

Apesar da enzima Bl_Man38B ser capaz de atuar em todas as ramifica\u00e7\u00f5es dos N-glicanos, ela ainda pode ser potencializada pela a\u00e7\u00e3o de uma outra enzima (\u03b1-mannosidase da fam\u00edlia GH125), altamente espec\u00edfica para liga\u00e7\u00f5es do tipo \u03b1-1,6, acelerando o processo de degrada\u00e7\u00e3o dos N-glicanos, que pode ser ativado em condi\u00e7\u00f5es de estresse ou escassez nutricional.<\/p>\n

Al\u00e9m disso, o mesmo processo de degrada\u00e7\u00e3o pode ser feito pela a\u00e7\u00e3o cooperativa de outras duas enzimas (\u03b1-mannosidases da fam\u00edlia GH38, Bl_Man38A e Bl_Man38B), que atuam de forma complementar sobre as distintas liga\u00e7\u00f5es do tipo \u03b1-1,2, \u03b1-1,3 e \u03b1-1,6. Murakami ressalta que a atua\u00e7\u00e3o das enzimas tem como destaque uma redund\u00e2ncia funcional in\u00e9dita para esse sistema em bact\u00e9rias.<\/p>\n

\u201cAprendemos com o estudo de outros filos bacterianos que geralmente as enzimas atuam de forma complementar, cada uma sendo respons\u00e1vel por uma etapa espec\u00edfica e sequencial do processo de clivagem e metabolismo. Mas observamos um mecanismo mais complexo em bifidobact\u00e9rias envolvendo enzimas altamente espec\u00edficas associadas com outras generalistas, o que gera um arsenal bioqu\u00edmico singular e redundante para garantir a completa degrada\u00e7\u00e3o de N-glicanos\u201d, comenta o pesquisador.<\/p>\n

Segundo Murakami, a B. longum<\/i> apresenta um gene que codifica a enzima \u03b1-glicosidase, que permite a remo\u00e7\u00e3o de monoglicosila\u00e7\u00f5es na extremidade das antenas dos N-glicanos. Isso possibilita \u00e0 bact\u00e9ria tamb\u00e9m utilizar os N-glicanos n\u00e3o maduros. \u201cEssa monoglicosila\u00e7\u00e3o bloqueia toda a desconstru\u00e7\u00e3o do N-glicano. As bact\u00e9rias que n\u00e3o t\u00eam essas enzimas n\u00e3o conseguem utilizar os N-glicanos n\u00e3o maduros como fonte de carbono. Portanto, ter esse sistema enzim\u00e1tico vers\u00e1til confere uma vantagem bioqu\u00edmica \u00e0 B. longum<\/i> para ampliar seu espectro de atua\u00e7\u00e3o sobre todas as formas variantes dos N-glicanos ricos em manose\u201d, explica.<\/p>\n

O artigo Mechanism of high-mannose N-glycan breakdown and metabolism by Bifidobacterium longum<\/i> pode ser lido em: www.nature.com\/articles\/s41589-022-01202-4<\/a><\/strong>.<\/p>\n

A pesquisa do CNPEM foi objeto de uma resenha cr\u00edtica publicada pela professora da Universidade de Birmingham (Reino Unido) Lucy Crouch na mesma edi\u00e7\u00e3o da revista Nature Chemical Biology<\/i>. Esse texto pode ser conferido em: www.nature.com\/articles\/s41589-022-01199-w<\/a><\/strong>.<\/p>\n

Este texto foi originalmente publicado por Ag\u00eancia FAPESP<\/a> de acordo com a licen\u00e7a Creative Commons CC-BY-NC-ND<\/a>. Leia o original aqui<\/a>.<\/p>\n

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