Os Homo sapiens são organismos essencialmente simbióticos. Os seres humanos nascem virtualmente estéreis e encontram o mundo microbiano e desenvolvem uma microbiota ao mesmo tempo em que desenvolvem seu sistema imunológico. Uma microbiota é definida como um “conjunto de microrganismos (todas as bactérias, archaea, eucariotos e vírus) presentes em um ambiente definido” e é encontrada em todos os organismos multicelulares, incluindo plantas. O termo sinônimo microbioma descreve os genomas coletivos dos microrganismos que residem em um nicho ambiental ou os próprios microrganismos. A microbiota contribui para funções tróficas, metabolismo, função de barreira, estimulação imunológica e sinalização para praticamente todos os órgãos do corpo.
A imunidade inata e adaptativa intestinal coordena e interage com os simbiontes contribuindo para a homeostase intestinal através do estabelecimento de uma relação mutuamente benéfica, tolerando a microbiota simbiótica e mantendo a capacidade de exercer uma resposta pró-inflamatória contra patógenos invasivos. A manutenção da simbiose é essencial para a saúde e o bem-estar. A interrupção da microbiota intestinal aumenta a suscetibilidade à infecção e à sepse por meio de vários mecanismos, incluindo (a) permitir a expansão de bactérias intestinais patogênicas, (b) preparar o sistema imunológico para uma resposta pró-inflamatória robusta e (c) diminuir a produção de microrganismos benéficos. produtos como ácidos graxos de cadeia curta. 1Se houver ruptura no nível da imunidade de barreira, haverá perda da homeostase imunológica com risco associado de distúrbios imunológicos ou inflamatórios. Portanto, é essencial entender a simbiose e desenvolver as ferramentas para monitorá-la e ajustá-la para prevenir ou mitigar os riscos, ou mesmo para uso em terapêuticas direcionadas ao microbioma.
Existem 100 trilhões de bactérias no ecossistema microbiano do corpo humano. As interações com esses microrganismos ocorrem diariamente ao nível da pele, no trato urogenital, boca, faringe e sistema respiratório, e no trato digestivo que contém, de longe, a maior densidade e diversidade de microrganismos. O estudo da microbiota intestinal humana foi negligenciado por muitos anos, enquanto está na interface entre o alimento ingerido e o epitélio intestinal e está em contato com o 1º pool de células imunes e o 2º pool de células neurais do corpo. Agora está ganhando reconhecimento como um verdadeiro órgão que desempenha um papel importante na saúde e na doença. Por cultura, foi possível avaliar apenas cerca de 30% da microbiota intestinal dominante, 2 , 3 , 4uma perspectiva muito limitada. Portanto, ferramentas independentes de cultura foram desenvolvidas para permitir uma avaliação aprofundada da microbiota. Com a metagenômica shotgun, o conhecimento sobre o microbioma vem avançando rapidamente. Cada indivíduo tem 23.000 genes humanos e cerca de 600.000 genes microbianos. Assim, o componente humano contribui apenas para menos de 4% do hologenoma total. 5 , 6 , 7 O objetivo desta revisão é oferecer uma visão atualizada do microbioma intestinal humano e descrever a transição da simbiose para a disbiose e suas implicações na doença humana.
Introdução à metagenômica
O metagenoma é o nome dado aos genomas combinados de todos os micróbios dominantes no trato intestinal humano. O conhecimento é construído pela extração de DNA total do conteúdo intestinal humano, principalmente de amostras de fezes, mas também de biópsias, e aplicando o sequenciamento shotgun do genoma inteiro, montando e anotando os genes e depois de acordo com os objetivos iniciais do MetaHIT 8 na Europa e no Human Microbiome Project (HMP) 7 nos EUA, para criar um catálogo desses genes microbianos do trato intestinal e avançar para metodologias de contagem rápida de genes. O catálogo de genes de referência que foi construído destaca tanto o metagenoma central quanto os genes raros. 5 , 9Ferramentas de bioinformática foram projetadas para reconstruir genomas de espécies microbianas presentes em amostras metagenômicas complexas usando um método que agrupa genes por co-abundância em séries de amostras metagenômicas sem a necessidade de sequências de referência. 10 Uma coleção de genomas de alta qualidade está, portanto, sendo construída a partir de “espécies metagenômicas” essencialmente ainda não cultivadas.
A construção do catálogo de genes de referência levou a uma descrição inicial de 3,3 milhões de genes intestinais de 124 indivíduos europeus em 2010, que foi expandido para 10 milhões de genes intestinais em 2014, correspondendo a 1500 espécies metagenômicas (MGS) de 1267 indivíduos da Europa, China e os Estados Unidos. 9 Em constante expansão, este catálogo de genes é agora um grande trunfo para o perfil metagenômico futuro. Devido à variabilidade interindividual, o número de genes aumenta com o número de indivíduos analisados. No entanto, mais de 50% das coortes exibiram um pequeno número dos microrganismos essencialmente mais comuns – um microbioma central – que pode ser o mais clinicamente relevante em relação a doenças comuns, e estes foram capturados após a análise dos primeiros 100 indivíduos. Estudos em animais em 286 porcos 11e em 300 galinhas estão atualmente em andamento e é evidente que há também uma enorme diversidade de genes nestes ecossistemas, com 7,7 e 9,7 milhões de genes, respectivamente, correspondendo a 719 e 2300 MGS, respectivamente.
Embora as proporções de uma espécie variem muito entre os indivíduos, os genes de uma espécie irão precisamente co-variar em abundância em cada indivíduo. Apenas agrupar genes com base na covariação permitirá construir pools de genes que corresponderão a genomas. 10 Em 2014, descrevemos 741 grandes unidades metagenômicas (MGUs) de mais de 700 genes e pudemos demonstrar que elas correspondem a genomas bacterianos de MGS, 85% dos quais ainda são desconhecidos (não foram representados em coleções de culturas). Este trabalho também revelou que mais de 6500 pequenos MGUs correspondem a fagos, plasmídeos ou elementos CRISPR que são mais comumente associados a um único genoma microbiano.
Pipeline de metagenômica quantitativa
O pipeline de metagenômica quantitativa começa com recomendações para coleta de amostras de fezes (por exemplo, em ensaios clínicos) e fornecimento de kits de coleta, extração de DNA total, que agora está em processo de automação, e sequenciamento de alto rendimento gerando milhões de tags de sequência curta que pode ser usado para mapear diretamente no catálogo de genes de referência em vez de reconstruir genes. 9 Esse mapeamento permite a contagem de genes e geração de perfis de abundância de genes, que podem ser diretamente traduzidos em abundância de MGS. Perfis de genes também podem ser mapeados em vias metabólicas. 12 Finalmente, quando estes são integrados com dados clínicos humanos, com resposta a tratamentos ou dietas, os atores microbianos relevantes podem ser identificados e modelos de previsão construídos e testados.10 É produzida uma aparência de código de barras que ilustra a ocorrência de genes, onde as colunas representam um indivíduo e as linhas correspondem a espécies vitais. Portanto, é imperativo que os dados gerados em cada um dos muitos grandes projetos envolvidos na pesquisa do metagenoma humano sejam otimamente comparáveis. De 2011 a 2015, o projeto International Human Microbiome Standards (IHMS), (um consórcio formado por parceiros e pesquisadores de vários países), coordenou o desenvolvimento de procedimentos operacionais padrão projetados para otimizar a qualidade e a comparabilidade dos dados no campo do microbioma humano. 13 , 14Este consórcio recomendou um método padronizado de extração de DNA para amostras fecais humanas, para o qual a transferibilidade entre laboratórios foi estabelecida. Sua adoção permite melhorar a comparabilidade dos estudos do microbioma intestinal humano e facilita as meta-análises. Foram analisados protocolos implementados por 21 laboratórios para extração de DNA que resultaram em dois procedimentos que foram reconhecidos como convenientes para trabalhos futuros ( www.microbiome-standards.org ).
Metagenômica do trato intestinal humano
Ao olhar para um grande número de indivíduos, apenas um pequeno número de espécies foi altamente conservado. Em uma coorte de 124 indivíduos, apenas 57 espécies foram observadas em 90% deles, enquanto apenas 18 espécies estavam presentes em quase todos os indivíduos e pertencentes aos principais filos observados na microbiota intestinal humana. 5 Assim, menos de 20 de uma média de 300 espécies dominantes estão presentes por indivíduo, indicando que há uma grande variação interindividual. A estabilidade ao longo do tempo para o metagenoma de um determinado indivíduo em condições saudáveis é tal que representa o equivalente a uma impressão digital pessoal. Padrões reprodutíveis de variação na microbiota foram observados no intestino humano adulto e foram separados em grupos denominados “enterótipos”. 15Os enterótipos podem ser usados para estratificar os microbiomas intestinais humanos, a fim de melhorar a compreensão de problemas biológicos complexos na saúde e bem-estar humanos. O número, ou mesmo a existência de diferentes tipos de comunidades, tem sido um tema de considerável debate após a publicação da abordagem original. Em 2018, Costea et al. 16 revisitaram o conceito de enterótipo realizando uma metanálise refinada e propuseram um conceito modificado de enterótipo, com o objetivo de conciliar pontos de vista divergentes. Eles mostraram que os microbiomas humanos diferem no nível de arranjos ecológicos com três padrões ou enterótipos preferidos (compreendendo os gêneros Bacteroides , Ruminococcus e Prevotella). Esses gêneros não são populações fixas porque há flexibilidade ou plasticidade na distribuição ecológica entre eles, o que ocorre com, por exemplo, mudanças na dieta ou tratamentos com antibióticos, onde uma pessoa pode mudar de um enterótipo para outro. 17 Após a primeira descrição desses enterótipos, Wu et al., 18 investigaram a associação de variáveis dietéticas e ambientais com a microbiota intestinal e mostraram que hábitos alimentares de longo prazo tiveram impacto sobre o microbioma intestinal, e revelaram que o enterótipo Bacteroides é dominante entre os indivíduos com dieta tipo fast-food “ocidental” (rica em gordura animal e proteínas), enquanto Prevotellaestá altamente associada a uma dieta rica em fibras (carboidratos complexos), dominada por frutas e vegetais. A partir daí, foi feita uma conexão entre os enterótipos e a contagem ou “riqueza” de genes. A distribuição da população humana com o número de indivíduos em função do número de genes no metagenoma humano (<200.000 a >800.000) não seguiu uma curva normal em forma de sino, mas uma curva inclinada para a esquerda apontando para indivíduos com uma baixa riqueza (diversidade) de genes e um pico principal mais alto à direita, denotando os microbiomas de alta riqueza de genes. Entre os três enterótipos, o enterótipo Bacteroides foi dominante no lado esquerdo (em indivíduos de baixa riqueza) enquanto Prevotella e Ruminococcusestavam do lado direito (indivíduos de alta riqueza). O estudo mostrou que 68 espécies foram especificamente ligadas à riqueza gênica e, posteriormente, que a baixa riqueza gênica foi um estratificador chave em condições crônicas, associada a piores fenótipos, não resposta à mudança alimentar e a morbidades de alto risco, especialmente distúrbios metabólicos. 19
Além disso, a baixa riqueza gênica do metagenoma dominante também foi cunhada como um estratificador chave relacionado à saúde, pois indivíduos com uma riqueza gênica microbiana reduzida exibem mais disfunção metabólica e inflamação de baixo grau se estiverem com sobrepeso ou obesidade. 20 Eles são não responsivos à restrição calórica, 20 pacientes mais graves e possivelmente progressores mais rápidos em obesidade extrema (Clément, comunicação pessoal) e cirrose hepática, 21 e menos responsivos a bloqueadores de checkpoint imunológico na imunoterapia do câncer. 22
Finalmente, a metagenômica também tem sido usada para descrever a microbiota em várias doenças crônicas, como diabetes tipo 2. 23 Por meio de sequenciamento e análise metagenômica quantitativa, foi demonstrado que várias espécies bacterianas intestinais podem estar ligadas a marcadores de risco metabólico na obesidade, 19 ou na cirrose hepática.
Incidência de doenças crônicas e mudanças ambientais: um paradigma em movimento
Apesar do considerável progresso médico que resultou em um declínio acentuado na incidência de doenças infecciosas, a incidência de doenças crônicas vem aumentando há mais de 60 anos. Distúrbios autoimunes e autoinflamatórios, como doença inflamatória intestinal (por exemplo, doença de Crohn, colite ulcerativa), esclerose múltipla, diabetes tipo 1 e condições alérgicas, como asma, estão aumentando. Em aumento também estão as condições metabólicas, como diabetes tipo 2 e obesidade, e outros distúrbios como cirrose; alguns tipos de câncer e condições neurológicas. Prevê-se que 1 em cada 4 indivíduos sofrerá de uma dessas patologias até 2025. A prevenção é, portanto, uma necessidade urgente e talvez a longevidade humana esteja em jogo, pois está começando a diminuir nos países 'desenvolvidos'.
É legítimo perguntar-se quais das mudanças significativas feitas ao longo deste período podem ter afetado a microbiota humana e podem explicar o aumento da incidência dessas doenças crônicas, que é obviamente muito acentuada para corresponder a uma deriva na genética humana. No curso de apenas algumas gerações, há pelo menos três alterações que podem ter desempenhado um papel. Primeiro, os modos de nascimento mudaram drasticamente. Com base nos dados de 121 países, entre 1990 e 2014, a taxa média global de cesarianas aumentou 12,4% (de 6,7% para 19,1%) com uma taxa média anual de aumento de 4,4% e chegando a 40,5% em alguns países. 24Esse aumento da taxa de cesárea impede a transmissão vertical natural de micróbios de mãe para filho e a microbiota difere entre os nascidos por cesariana e os nascidos de parto vaginal ao longo do primeiro ano de vida, mostrando enriquecimento de Bifidobacterium spp., e redução de Enterococcus e Klebsiella spp. em lactentes de parto vaginal, possivelmente contribuindo para o aumento da suscetibilidade à infecção em crianças nascidas cesarianas. 25 A antibioticoterapia profilática ao nascimento também é bastante comum, dada a recomendação de uso para cesariana 26 e em caso de Streptococcus agalactiae portadora materna ou parto vaginal operatório. 27Em segundo lugar, os níveis de atividade física diminuíram. Em todo o mundo, a prevalência de atividade física insuficiente foi de 27,5% (intervalo de incerteza de 95% 25,0–32,2) em 2016, com maior incidência em países ocidentais de alta renda (42,3%, 39,1–45,4). 28 Além disso, a prevalência de atividade física insuficiente foi ainda maior em adolescentes de 11 a 17 anos, sendo 81,0% (intervalo de incerteza de 95% 77,8 a 87,7), sem impacto da faixa de renda do país. 29 Terceiro, o Período Industrial (século XIX) alterou fundamentalmente a nutrição nos países ocidentais. Atualmente, produtos lácteos, cereais, açúcares refinados, óleos vegetais refinados e álcool representam 72,1% do total de energia diária consumida por todas as pessoas nos Estados Unidos da América. 30Portanto, a ingestão média de fibra na dieta típica dos Estados Unidos é de 17,33 g/dia, 31 bem abaixo dos 25-30 g/dia recomendados. 32 Finalmente, a microbiota intestinal pode ser adversamente afetada pela exposição a xenobióticos, entre os quais medicamentos, mas também poluentes ambientais e aditivos alimentares. 33 Um exemplo são os emulsificantes dietéticos, tão comumente ingeridos em alimentos processados, que podem induzir inflamação intestinal. 34É importante ressaltar que o consumo de antibióticos continua a aumentar em todo o mundo (a taxa de consumo de antibióticos aumentou 39% entre 2000 e 2016), inclusive em países de baixa e média renda, e as projeções de consumo global de antibióticos em 2030, assumindo que não há mudanças nas políticas, são até 200% maiores do que as 42 bilhões de doses diárias definidas estimadas em 2015. 35
O fio condutor em condições crônicas
Uma microbiota alterada interrompe a simbiose hospedeiro-micróbio, o que pode levar a uma permeabilidade intestinal alterada (também conhecida como disfunção da barreira intestinal ou síndrome do “intestino permeável”, apesar deste termo não ser mais favorecido) e um estado inflamatório, resultando em estresse oxidativo e promoção das respostas imunes sistêmicas. Em condição “saudável” e simbiose, observamos uma microbiota rica e diversificada, integridade da barreira mucosa, tolerância imunológica e um estado redox equilibrado. 36Quando essa simbiose é interrompida, seja por alterações nutricionais, antibióticos, xenobióticos, radio/quimioterapia ou imunobiológicos, uma microbiota de baixa riqueza é consistentemente observada com perda de simbiontes (incluindo espécies do metagenoma central) e aumento de patobiontes (essencialmente micróbios pró-inflamatórios Gram-negativos). Isso resulta em aumento da permeabilidade intestinal e desenvolvimento de inflamação de baixo grau a evidente, produzindo estresse oxidativo promovendo maior agravamento e alteração da microbiota intestinal. 37 , 38Todos os ingredientes de um círculo vicioso estão, portanto, presentes. Isso apóia o conceito de uma potencial transição crítica de um estado simbiótico para um de disbiose, que é altamente consistente com os conceitos de ecologia populacional e dinâmica de sistema mais globalmente complexa (Fig. 1 ). 39 , 40 É importante ressaltar que a disfunção da barreira intestinal é comumente observada em vertebrados e invertebrados idosos. 41 , 42 , 43 , 44 , 45 Uma hipótese atual é que a diminuição da função da barreira intestinal com o envelhecimento pode causar aumento da translocação microbiana para a circulação sanguínea sistêmica, que subsequentemente causa inflamação sistêmica (inflamação) e resultados clínicos significativos (por exemplo, síndrome metabólica, diminuição da função física e mortalidade).
Na linha de base, em humanos, a eubiose da microbiota intestinal está associada ao tônus imunológico fisiológico (simbiose – Homo sapiens “symbioticus” ). A partir daí, a predisposição genética, infecção e mudanças modernas no uso de antibióticos, dieta, estilo de vida e fatores ambientais levam a um desequilíbrio reversível da microbiota intestinal e inflamação transitória de baixo grau com impacto recíproco (crosstalk – Homo sapiens “modernicus” ). Finalmente, a exposição a sinais de estresse acima da robustez do sistema pode levar a uma alteração sustentada da microbiota intestinal e inflamação (disbiose – Homo sapiens “disbioticus” ).
Esta última hipótese desafia a visão tranquilizadora da possibilidade de retorno da doença à saúde, e sugere que o círculo vicioso poderia promover transições críticas e estabelecimento de simbiose alterada de forma durável que pode ser uma característica comum da maioria dos pacientes que sofrem de doenças crônicas não transmissíveis. Isso teria grandes implicações em termos de inovações potenciais, uma vez que diagnóstico, previsão, prevenção e até terapia poderiam abordar os quatro gatilhos que alteram de forma duradoura a simbiose após a transição crítica, ou seja, microbiota de baixa riqueza, permeabilidade intestinal, inflamação e estresse oxidativo.
A mensagem importante relacionada à transição crítica e estados estáveis alternativos (com base nas descobertas de Thom 46 e Scheffer 47 ) é que, desde que as condições de estresse aplicadas a um ecossistema sejam razoáveis, uma mudança pode ocorrer, mas dentro dos limites da robustez ecológica , permitindo assim a resiliência e o retorno ao estado saudável estável. 48 Com maior estresse, em um ponto de inflexão, o ecossistema retornará a um estado de equilíbrio típico de pré-doença ou doença, um estado que, mesmo que o estressor seja removido, não retornará ao estado saudável. Somente se as condições de estresse forem drasticamente reduzidas, o ecossistema poderá retornar à condição normal.
Inovações baseadas em microbiomas
Atualmente, há um grande interesse em resultados inovadores de saúde da pesquisa e descobertas do microbioma intestinal. Nosso trabalho publicado em 2017, 49 identificou quatro áreas principais de aplicação: (i) estratificação e monitoramento; (ii) alvo para modulação; (iii) fonte de novos biológicos e alvos; e (iv) desenvolvimento de medicamentos derivados da microbiota.
Vários estudos em diferentes condições de doenças sugerem um valor preditivo do perfil e da riqueza do microbioma. O microbioma dos pacientes que receberam um transplante alogênico de células-tronco hematopoiéticas (alo-TCTH) variou significativamente entre os pacientes. Pacientes com microbioma de alta diversidade (Inverse Simpson Index 50 > 4) tiveram uma probabilidade de mortalidade relacionada ao transplante de cerca de 11% em comparação com uma taxa de cerca de 50% em pacientes com baixa diversidade (Inverse Simpson Index < 2). Os autores concluíram que a diversidade da microbiota intestinal no enxerto é um preditor independente de mortalidade em 3 anos em receptores de alo-TCTH, indicando que a microbiota intestinal pode ser um fator importante no sucesso ou fracasso do alo-TCTH. 51Esse achado foi confirmado em um grande estudo multicêntrico incluindo 1.362 pacientes dos Estados Unidos da América, Alemanha e Japão, onde a maior diversidade da microbiota intestinal no momento do enxerto de neutrófilos foi associada a menor mortalidade. 52 Além disso, foi demonstrado que o uso precoce de antibióticos de amplo espectro (ou seja, antes do alo-TCTH) foi associado a uma diminuição na abundância fecal de Clostridiales comensais e a um risco aumentado de mortalidade relacionada ao transplante.
Da mesma forma, foi demonstrado que a administração de antibióticos a pacientes com câncer reduz significativamente a sobrevida global (OS). Em um estudo de pacientes com CPNPC ( n = 140), câncer de células renais ( n = 67) e carcinoma urotelial ( n = 42), a OS mediana foi de 20,6 meses versus 11,5 meses ( P <0,001) para nenhum antibiótico versus antibiótico administrado nos dois meses que precedem ou no mês seguinte ao início da imunoterapia, respectivamente. 22
Outro trabalho mostrou anteriormente que simbiontes Gram-positivos atuarão como adjuvantes na terapia anticâncer. O trabalho com modelos de camundongos levou à hipótese de que a permeabilidade intestinal induzida pelo tratamento quimioterápico resultaria em disbiose e permitiria a translocação de bactérias para órgãos linfoides secundários, iniciando assim uma resposta Th1/Th17 que nos leitos tumorais favoreceria a eficácia do tratamento. O uso de antibióticos na verdade derrubou os micróbios adjuvantes capazes de promover a eficácia da terapia anticâncer. A transferência de células Th17 restaurou parcialmente a eficácia antitumoral da ciclofosfamida. 54 A ruptura da microbiota também mostrou prejudicar a resposta de tumores subcutâneos à imunoterapia com oligonucleotídeo CpG e quimioterapia com platina.
Além disso, verificou-se que a riqueza da microbiota intestinal está associada a uma melhor resposta às imunoterapias anti PD-1, nomeadamente no cancro do pulmão de células não pequenas (CPNPC), carcinoma de células renais, carcinoma urotelial 22 e melanoma. 56 No primeiro caso, a contagem de MGS foi maior em pacientes com sobrevida livre de progressão (SLP) longa (>6 meses) do que naqueles com SLP curta (<6 meses). Isso foi semelhante para a contagem de genes. 22
O estudo acima mencionado em 112 pacientes com melanoma documentando a modulação da resposta anticancerígena ao anti-PD-1 pela microbiota intestinal, encontrou um PFS significativamente maior em pacientes com alta abundância de espécies de Faecalibacterium , após 600 dias, em comparação com aqueles com uma baixa abundância ( P = 0,03) 56 . Por outro lado, houve um PFS mais curto em pacientes com alta abundância de bactérias da ordem Bacteroidales, em comparação com aqueles pacientes com baixa abundância ( P = 0,05). Esta ordem contém as bactérias Gram-negativas dominantes no intestino humano. Os preditores mais fortes de resposta ao anti PD-1 na análise de risco proporcional de Cox foram Faecalibacteriumabundância (razão de risco (HR) = 2,95; IC 95% = 1,31-7,29, P = 0,03) e imunoterapia anterior (HR = 2,87; IC 95% = 1,10-7,89, P = 0,03). 56
Da mesma forma, a análise metagenômica de amostras de fezes de pacientes com câncer de pulmão de células não pequenas, carcinoma de células renais e carcinoma urotelial ao diagnóstico revelou correlações entre as respostas clínicas aos inibidores do checkpoint imunológico e a abundância relativa de Akkermansia muciniphila. 22 A suplementação oral com A. muciniphila após TMF com fezes não responsivas restaurou a eficácia do bloqueio de PD-1 de maneira dependente de interleucina-12, aumentando o recrutamento de linfócitos T CCR9+ CXCR3+ CD4+ em leitos tumorais de camundongos.
Esses estudos com modelos de camundongos e a descoberta recente de que a resistência primária aos inibidores do ponto de verificação imunológico pode ser atribuída à composição anormal do microbioma intestinal 22 sugerem que a microbiota intestinal ajuda a moldar a resposta imune anticâncer.
No geral, isso sugere que os biomarcadores baseados em microbiota serão úteis para a medicina personalizada, sendo os pacientes estratificados de acordo com a composição da microbiota para receber ou não uma terapia bacteriana. No entanto, até agora, a estratificação baseada em microbioma continua sendo uma noção estatística baseada na comparação entre grupos de pacientes, e ainda não está claro se tal estratificação pode ser feita em nível individual. Apenas ensaios clínicos bem desenhados com uma estratificação baseada em biomarcadores de microbioma validados fornecerão uma resposta definitiva para isso.
Terapia bacteriana
Muitas espécies de bactérias já foram descritas em relação à sua bioatividade protetora e muitas fazem parte do núcleo metagenômico da microbiota. Alguns desses micróbios sintetizam moléculas bioativas específicas que são importantes na simbiose hospedeiro-micróbio. Bacteroides fragilis possui um polissacarídeo capsular A (PSA) imunomodulador, que é um potente ativador de células T CD4+ e, portanto, é importante na manutenção da homeostase imunológica. 57 Vários pesquisadores já iniciaram os ensaios clínicos de fase 1 e 2 em que um micróbio bioativo é administrado em cápsulas a pacientes na tentativa de tratar ou mitigar os riscos em doenças específicas. Um exemplo é o uso de F. prausnitziicomo uma abordagem monostrain em estudos clínicos para o tratamento de IBS. Outro exemplo de comensal bioativo é a Akkermansia muciniphila , que está inversamente associada a diabetes, obesidade, doenças cardiometabólicas e inflamação de baixo grau. 58 Modelos murinos de obesidade e/ou diabetes tipo 2 foram caracterizados por uma menor abundância de A. muciniphila , e este micróbio foi fortemente correlacionado com menores fatores de risco cardiometabólico. 59 A proteína de membrana externa bioativa e purificada (Amuc_1l00) de A. muciniphila está agora sendo testada com base em um grande conjunto de evidências, que estabeleceu o primeiro estudo de prova de conceito usando Akkermansia em humanos. 58, 60 No entanto, alguns estudos sugerem que A. muciniphila pode ter um papel prejudicial, em particular na doença do enxerto contra o hospedeiro após alo-TCTH, 61 ou na inflamação intestinal induzida por Salmonella enterica Typhimurium. 62 Da mesma forma, Bacteroides fragilis é um patógeno oportunista bem conhecido, principalmente em pacientes imunossuprimidos. 63 , 64 No geral, isso levanta a questão de um potencial papel prejudicial da terapia bacteriana, dependendo da patologia e do contexto do hospedeiro.
Muitos outros comensais bioativos estão sendo desenvolvidos atualmente como probióticos de última geração, como Roseburia intestinalis ou Blautia hidrogenotrophica . Da mesma forma, a cepa comensal Hafnia alvei reduz a ingestão de alimentos e a massa gorda em camundongos obesos e aparece como um novo probiótico em potencial para o controle do apetite e do peso corporal. 65
Finalmente, devemos levantar uma questão importante que é a capacidade de estabelecer uma cepa exógena em um intestino colonizado. De fato, uma revisão sistemática não relatou efeito dos probióticos na composição do microbioma fecal em seis dos sete estudos analisados. 66 Além disso, foi estabelecido que os humanos apresentavam padrões de colonização de mucosa específicos de pessoa, região e cepa, marcados por características preditivas do hospedeiro e do microbioma. 67 Além disso, surgem evidências iniciais de que o microbioma de linha de base pode realmente ditar a permissividade de um microbioma a um probiótico administrado ou bioterapêutico vivo, possivelmente explicando a variação interindividual nas respostas clínicas. 68 No geral, esses dados sugerem que ensaios clínicos randomizados são obrigatórios para avaliar a segurança e eficácia dos probióticos, e que abordagens probióticas personalizadas podem ser necessárias para estabelecer cepas exógenas em um intestino colonizado.
Transferência de microbiota fecal (FMT)
FMT é uma opção de tratamento reconhecida para infecção recorrente por Clostridioides difficile . Em 2013, van Nood et al. 69 mostraram que a infusão de fezes de doadores foi significativamente mais eficaz do que o padrão de tratamento (vancomicina) para o tratamento de infecção recorrente por C. difficile em 16 pacientes. Uma rodada de FMT curou aproximadamente 80% dos pacientes e duas ou mais rodadas curaram mais de 90%, enquanto o uso de vancomicina foi capaz de erradicar o patógeno em apenas 30% dos 13 pacientes. Esses resultados impressionantes levaram à descontinuação do estudo na análise interina, pois não era ético prosseguir com uma diferença tão grande de eficácia em favor da FMT versus vancomicina. FMT é agora recomendado como tratamento padrão para a segunda recorrência C. difficileinfecção 70 , 71 e é realizada rotineiramente para curar esses pacientes. Essa abordagem está sendo avaliada experimentalmente em muitas outras condições com disbiose da microbiota intestinal. Portanto, o uso de FMT foi relatado em condições gastrointestinais, mas também em distúrbios extra-intestinais, como doenças inflamatórias intestinais, síndrome do intestino irritável (SII), doenças hepáticas, doenças metabólicas, condições neurológicas e psiquiátricas e câncer.
Quatro ensaios clínicos randomizados avaliaram TMF em pacientes com colite ulcerativa leve ou moderada. 72 , 73 , 74 , 75 Enquanto o TMF foi associado a uma melhora significativa do desfecho primário (resposta endoscópica ou remissão endoscópica) em dois dos ensaios, 74 , 75 os dois ensaios restantes foram encerrados após uma análise interina não mostrando diferença significativa entre FMT e placebo. 72 , 73 Finalmente, uma análise conjunta dos quatro estudos sugere um benefício do TMF em relação ao placebo na remissão endoscópica (39/140, 28%, versus 13/137, 9%, p < 0,01). 76Para a doença de Crohn, apenas pequenos estudos não randomizados estão disponíveis com resultados mistos. Além disso, enquanto uma meta-análise em 71 pacientes relatou uma taxa de remissão combinada de 52% 77 , esse resultado foi impulsionado por um grande estudo de coorte 78 . Em geral, a TMF ainda é uma abordagem experimental na doença inflamatória intestinal e deve ser realizada em ensaios clínicos para identificar fatores preditivos de resposta em termos de características da doença, doadores ou momento da TMF.
Para IBS, um ensaio clínico randomizado relatou recentemente uma diminuição significativa no escore de gravidade da IBS em 3 meses com FMT em comparação com placebo [65% (36/55) versus 43% (12/28), P = 0,049]. 79 No entanto, a diferença deixou de ser estatisticamente significativa aos 12 meses. Ensaios clínicos futuros terão que identificar o subconjunto de pacientes que se beneficiam do TMF e a frequência de repetição do TMF nesses pacientes para ter uma resposta sustentada.
O TMF para encefalopatia hepática também está sob intensa investigação com base nos resultados promissores de um primeiro ensaio clínico que randomizou o tratamento padrão sozinho ou combinado com TMF em 20 pacientes com cirrose hepática e encefalopatia hepática recorrente 80 . FMT pareceu ser seguro com menos eventos adversos graves (2 versus 8, P = 0,02) e eficaz sem novo episódio de encefalopatia hepática no grupo FMT versus 6 no grupo de tratamento padrão sozinho ( P = 0,03). Um segundo estudo randomizado de fase 1 controlado por placebo confirmou a segurança do TMF na encefalopatia hepática, mas não encontrou impacto nos episódios de encefalopatia hepática 81 , e estudos maiores devem decifrar o papel exato do TMF nesses pacientes.
O FMT também foi avaliado fora do ambiente gastrointestinal. Por exemplo, dois pequenos ensaios clínicos randomizados mostraram que o TMF de doadores magros aumentou a depuração de glicose em homens caucasianos obesos com síndrome metabólica. 82 , 83 No entanto, nenhum impacto nos parâmetros clínicos foi observado levantando a questão da relevância dessa abordagem nesses pacientes. Resultados mais promissores foram relatados em crianças de 7 a 16 anos com transtorno do espectro do autismo e sintomas gastrointestinais associados (constipação ou diarreia). 84Este estudo aberto relatou uma diminuição nos sintomas gastrointestinais e neuropsiquiátricos. Além disso, um estudo de acompanhamento, 2 anos após a conclusão do tratamento, confirmou que a maioria das melhorias nos sintomas gastrointestinais foi mantida e que os sintomas relacionados ao autismo melhoraram ainda mais após o término do tratamento. 85 Vários estudos estão em andamento para confirmar esse resultado promissor (NCT03408886, NCT03829878).
Em relação ao uso de FMT para erradicar bactérias multirresistentes (MDRB), pequenos estudos prospectivos relataram resultados mistos com uma descolonização completa alcançada em 33-75% dos pacientes. 86 , 87 , 88 , 89 , 90 Portanto, estudos clínicos randomizados estão em andamento para avaliar o real impacto do TMF na erradicação de MDRB (NCT04188743, NCT04146337). Curiosamente, vários estudos foram realizados em pacientes altamente imunossuprimidos com neoplasias hematológicas. 89 , 90 Bilinski et al. relataram a erradicação completa de MDRB em 15 de 20 pacientes com neoplasias hematológicas. 89De nota, oito pacientes receberam FMT após allo-HSCT. Da mesma forma, obtivemos sucesso na erradicação de MDRB após TMF em 6 de 10 pacientes com alo-HCST, sem efeitos colaterais. 90 Também realizamos um estudo de prova de conceito (Fase 1b/2a) avaliando TMF autólogo em 25 pacientes com leucemia mieloide aguda (LMA). 91 A quimioterapia intensiva da LMA e o uso subsequente de antibióticos de amplo espectro são conhecidos por impactar negativamente a composição da microbiota intestinal, gerando um profundo estado de disbiose acompanhado por um surto inflamatório e induzindo a aquisição de MDRB. 92As fezes foram rastreadas, condicionadas e congeladas no momento do diagnóstico e antes que os pacientes recebessem qualquer quimioterapia de indução e tratamento com antibióticos. Cerca de 1 mês após o diagnóstico, após a conclusão da aplasia, os pacientes receberam o TMF autólogo e 10 dias depois receberam quimioterapia de consolidação. Houve uma ruptura acentuada da microbiota induzida por quimioterapia e antibióticos intensivos, mas, após o auto FMT, o microbioma foi restaurado para 90% de sua riqueza inicial, diversidade microbiana geral e índice de diversidade de Simpson. Além disso, neste ensaio, o auto-FMT mostrou um excelente perfil de segurança e houve, em média, uma redução de 43% dos genes que codificam a resistência antimicrobiana. 91Além disso, dois estudos relataram recentemente que o transplante de microbiota fecal autólogo ou de terceiros foi seguro e eficaz para a reconstituição da microbiota intestinal após alo-TCTH. 93 , 94 No entanto, a capacidade de tais estratégias de reverter o efeito deletério de uma microbiota intestinal prejudicada durante o curso do alo-TCTH e, assim, impactar o resultado de um paciente ainda precisa ser demonstrada. 56
Vários relatos de casos também sugeriram que a FMT é eficaz para o tratamento da doença enxerto contra hospedeiro aguda gastro-intestinal refratária a esteróides (aGVHD), uma complicação com risco de vida após alo-TCTH. Um pequeno estudo de coorte confirma esse achado com uma resposta completa em 10 de 15 pacientes (67%) com DECHa refratária a esteroides ou dependente de esteroides 28 dias após o TMF e nenhum evento de segurança. 95 Essa resposta foi acompanhada por um aumento na diversidade α microbiana intestinal, um enxerto parcial de espécies bacterianas doadoras e aumento da abundância de bactérias produtoras de butirato, incluindo Clostridiales e Blautiaespécies. Também relatamos o uso compassivo de MaaT013, um bioterapêutico de microbiota padronizado, de doadores agrupados e de alta riqueza, em 29 pacientes com DECHa refratária a esteroides ou dependente de esteroides 96 . O produto foi bem tolerado e no dia 28, a resposta global e a taxa de remissão completa foram de 59 e 31%, respectivamente. Portanto, o FMT parece ser uma estratégia promissora e vários estudos estão em andamento para avaliar o FMT para o gerenciamento de DECH (NCT03812705, NCGT03492502, NCT03359980, NCT03720392 e NCT03678493).
No geral, os resultados do TMF são variados, dependendo da indicação. Portanto, ensaios clínicos randomizados bem desenhados são obrigatórios para avaliar a eficácia do TMF na ampla gama de indicações e identificar pacientes que se beneficiarão do TMF. Além disso, o uso crescente de FMT, inclusive em pacientes altamente imunossuprimidos, levanta a questão de sua segurança. Recentemente, a bacteremia com Escherichia coli produtora de beta-lactamase de espectro estendido (ESBL) foi relatada em dois pacientes após terem sido submetidos a TMF em dois ensaios clínicos independentes; ambos os casos foram ligados ao mesmo doador de fezes por meio de sequenciamento genômico, 97um dos pacientes morreu. Isso destaca a importância de uma seleção rigorosa dos doadores. Uma conferência de consenso europeia fornece diretrizes claras que devem ser seguidas para a triagem de pacientes. 98Além disso, em alguns países, as autoridades de saúde fornecem recomendações obrigatórias para a triagem de doadores de FMT. No entanto, apesar de uma triagem completa, ainda é difícil excluir completamente o risco de transmissão de novos patógenos. A pandemia de coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave em andamento (SARS-CoV-2) destaca isso. Enquanto o SARS-CoV-2 infecta principalmente o trato respiratório, evidências secundárias de transporte gastrointestinal do vírus levam à proibição da triagem de doadores de FMT, uma quarentena de enxerto de fezes já coletado e, consequentemente, uma interrupção de todos os procedimentos de FMT na maioria dos países. No entanto, a reorganização dos serviços de FMT permitiu a retomada do FMT graças a diretrizes adicionais sobre seleção de doadores, incluindo agora ensaios de swab nasofaríngeo e reação em cadeia da polimerase de transcrição reversa (RT-PCR),99 , 100
Conclusões
Os seres humanos compartilham um microbioma intestinal central e, no entanto, diferem por genes, espécies, enterótipos (ecologia) e contagem de genes (diversidade microbiana). A contagem de genes do microbioma é um estratificador chave da saúde em vários distúrbios imunológicos e condições clínicas. A disbiose é um estado alterado de crosstalk hospedeiro-micróbio com sinais auto-agravantes de ambos os lados que podem induzir causalidades circulares e, assim, simbioses alteradas de forma duradoura. A modulação da microbiota deve ser considerada como um alvo para nutrição e terapia personalizadas. Nutrientes específicos e micróbios vivos podem ser considerados bioativos estratégicos para a manutenção, preservação ou restauração da simbiose hospedeiro-micróbio (Fig. 2) . ). Uma das principais formas de alavancar a prevenção de doenças crônicas e condições iatrogênicas estará, portanto, relacionada ao manejo e monitoramento da ecologia intestinal.
Para a restauração do crosstalk alterado da microbiota-hospedeiro, a modificação da nutrição pode restaurar a simbiose. No entanto, no caso de disbiose sustentada da microbiota-hospedeiro, a restauração da simbiose é mais difícil e requer intervenção terapêutica com microbioterapia ou transplante de microbiota fecal.
Referencias - Todas as informações podem ser encontradas no artigo de origem. Introduction to host microbiome symbiosis in health and disease Foto - National Geographicbrasil
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