Vivendo no extremo!

Olá queridos leitores! Para encerrar nosso “Mês temático de Microbiologia”, iremos falar sobre os micro-organismos no meio ambiente. Como vocês já viram nos textos anteriores, encontramos esses organismos no nosso corpo, nas plantas, mas onde mais podemos encontrá-los no ambiente? Se a resposta foi em toda a parte, vocês estão corretos! Mas em todos os lugares mesmo? Sim, existe inclusive um grupo de micro-organismos que conseguem sobreviver nos ambientes mais inóspitos do planeta e que por isso levam o nome de extremófilos.

Os organismos extremófilos podem ser definidos como aqueles que conseguem crescer sob - até mesmo preferindo - condições ambientais extremas, como por exemplo, altas ou baixas temperaturas, baixo pH ou alta salinidade, ou seja, ambientes nos quais apenas um número limitado de espécies consegue viver e prosperar. O primeiro organismo descrito com essas características foi Thermus aquaticus, encontrado por Thomas Brock em nascentes de água com temperaturas superiores a 70 °C no Parque Nacional de Yellowstone nos Estados Unidos da América. Para quem não conhece esse é o parque americano em que o famoso urso Zé Colméia mora nos desenhos animados da Hanna-Barbera.

Fontes termais do Parque Nacional de Yellowstone nos Estados Unidos da América. Fonte: http://www.dreamstime.com/stock-image-yellowstone-national-park-image456241

Até o momento não se acreditava que algum ser vivo pudesse sobreviver durante muito tempo em temperaturas tão elevadas, mas a partir dessa descoberta foram encontradas, nos anos subsequentes, muitas outras espécies de organismos extremófilos. Algumas dessas espécies foram incluídas em um diferente domínio da vida, uma nova forma sugerida recentemente pelos cientistas para classificar os organismos, conhecidos como domínio Archaea (relembre no primeiro texto quem são as arqueas!).

Um exemplo bem interessante de organismo extremófilo é o fungo mitocondrial Crymyces antarcticus encontrado apenas em vales do deserto antártico. Estes fungos vivem sob estresse ambiental, com crescimento ótimo abaixo de 15°C, alta tolerância à acidez, e têm habilidade de lidar com altos níveis de radiação ultravioleta e radioatividade. Estudos recentes mostram que C. antarticus consegue sobreviver em condições especiais semelhantes àquelas encontradas no planeta Marte. Por esse motivo, esse fungo é considerado um organismo modelo para Astrobiologia e estudos com radiação gama.

As características especiais dos micro-organismos extremófilos chamaram a atenção dos cientistas para o uso biotecnológico em diversas áreas, como na indústria de fármacos, na agricultura e na produção de biocatalizadores. Na pesquisa científica, a Taq DNA polimerase termoestável é uma enzima encontrada no organismo Thermus aquaticus (daí o nome Taq) e foi descoberta por Brock. Sua utilização é ampla e de extrema importância nos laboratórios de biologia molecular até os dias de hoje, sendo sua função amplificar fragmentos de DNA pela técnica de PCR (Reações em cadeia de polimerase) para os mais diversos estudos de genética.

Outro exemplo vem do mesmo famoso parque do Zé colméia, onde várias bactérias dos gêneros Clostridium, Anaerobacter, Caloramator, Caldicellulosiruptor e Thermoanaerobacter têm sido identificadas vivendo nas fontes termais e utilizando as plantas que ali vivem para sobreviverem. Essas bactérias possuem enzimas que suportam altas temperaturas e conseguem degradar o material vegetal e utilizá-lo como fonte de alimento. Essas enzimas são de grande interesse da indústria de combustíveis, pois possuem potencial para conversão da celulose, presente nas plantas, em álcool, produzindo os chamados bicombustíveis.

Queridos leitores apresentamos aqui algumas das muitas, digamos, “moradias diferentes” dos micro-organismos! E também contamos um pouco de como esses micro-organismos tão diferentes podem nos auxiliar no desenvolvimento de novas e importantes tecnologias. E lembrem-se sempre: mesmo em um lugar muito diferente a vida está presente!

 Por Nathália Brancalleão

na_brancalleao@hotmail.com

Andressa Peres Bini

andressa.p.bini@gmail.com 

Referências Bibliográficas

Félix, D. J. D. S. (2008). Potencial biotecnológico dos micro-organismos extremófilos.

Onofri, S., Barreca, D., Rabbow, E., de Vera, J. P., Selbmann, L., & Zucconi, L. (2007). Antarctic rock fungi in space and mars simulated conditions. In Geophysical Research Abstracts (Vol. 9, pp. 9782-9783).

Tindall, K. R., & Kunkel, T. A. (1988). Fidelity of DNA synthesis by the Thermus aquaticus DNA polymerase. Biochemistry, 27(16), 6008-6013.

Vishnivetskaya, T. A.,  Hamilton-Brehm, S. D.,  Podar M., Mosher, J. J., Palumbo, A. V.,  Phelps T. J.,  Keller M.,  Elkins J.G. (2015). Community Analysis of Plant Biomass-Degrading Microorganisms from Obsidian Pool, Yellowstone National Park. Microbial Ecology, 69 (2), 333-345

Living to the extreme!

Hello dear readers! To end our '”themed month of Microbiology”, we will talk about the microorganisms in the environment. As you have seen in previous texts, we find these organisms in our body and in plants for example. But where else can we find them in the environment? If the answer is everywhere, you are correct! But really in all places? Yes, there is even a group of microorganisms that can survive in the most inhospitable environments on the planet and therefore they are called extremophiles.

Extremophiles microorganisms are defined as those that successfully grow under extreme environmental conditions where only a limited number of species can live and prosper, such as high or low temperatures, low pH or high salinity. The first microorganism described with these characteristics was Thermus aquaticus. This bacterium was found by Thomas Brock in hot springs environment with temperatures above 70 °C at Yellowstone National Park (YNP). For those who don’t know, this is the American park where the famous Yogi Bear lives in the cartoons.

Hot springs in Yellowstone National Park, U.S.A. Source: http://www.dreamstime.com/stock-image-yellowstone-national-park-image456241 

Until this discovery, it was not believed that any living thing could survive for long in such high temperatures, but after this fact be reported, in subsequent years many other species of extremophile microorganisms were found. Some of these species were included in a different domain of life, a new form recently suggested by scientists to classify organisms, known as Archaea domain (remember about in the first text who are the archaea!).

A very interesting example of extremophile microorganism is the mitochondrial fungus called Crymyces antarcticus that was found in valleys of the Antarctic wilderness. These fungi live under environmental stress, with good growth rate below 15 ° C, high tolerance to acidity and with the ability to handle with high levels of ultraviolet radiation and radioactivity. Recent studies show that C. antarticus survives under special conditions similar to those found on Mars. For this reason, this fungus is considered a model organism to study astrobiology and gamma radiation.

Special features of these microorganisms caught the attention of scientists for biotechnological use in several areas, such as drug industry, agriculture and the production of biocatalysts. In the scientific research for example, the thermostable Taq DNA polymerase is an enzyme that was found in the organism Thermus aquaticus (that’s why the name Taq) by Brock. This enzyme is daily used in molecular biology laboratories and its function is amplifying DNA fragments by PCR (Polymerase Chain Reaction) for different genetic studies.

Another example comes from the same famous Yellowstone National Park, where several bacteria from the genus Clostridium, Enterobacter, Caloramator, Caldicellulosiruptor and Thermoanaerobacter have been identified living in the hot springs and using plants that live there to survive. These bacteria have enzymes that support high temperatures and can degrade plant material to use it as a food (carbon) source. These enzymes are very interesting for fuel industry because it has the potential of conversion the cellulose present in plants in alcohol, producing the so-called biofuels.

Dear readers here are some of the many "different houses" of the microorganisms! And in this text we tried to talk a little about of how these extremophiles microorganisms can help us in the development of novel technologies. And always remember folks: even in a very different place, life is present!

 By Nathália Brancalleão

na_brancalleao@hotmail.com

Andressa Peres Bini

andressa.p.bini@gmail.com 

References

Félix, D. J. D. S. (2008). Potencial biotecnológico dos micro-organismos extremófilos.

Onofri, S., Barreca, D., Rabbow, E., de Vera, J. P., Selbmann, L., & Zucconi, L. (2007). Antarctic rock fungi in space and mars simulated conditions. In Geophysical Research Abstracts (Vol. 9, pp. 9782-9783).

Tindall, K. R., & Kunkel, T. A. (1988). Fidelity of DNA synthesis by the Thermus aquaticus DNA polymerase. Biochemistry, 27(16), 6008-6013.

Vishnivetskaya, T. A.,  Hamilton-Brehm, S. D.,  Podar M., Mosher, J. J., Palumbo, A. V.,  Phelps T. J.,  Keller M.,  Elkins J.G. (2015). Community Analysis of Plant Biomass-Degrading Microorganisms from Obsidian Pool, Yellowstone National Park. Microbial Ecology, 69 (2), 333-345

As plantas pegam virose?

     Essa é uma pergunta que muitos certamente não conseguem responder. Sim, as plantas, como muitos outros seres vivos, podem pegar uma virose e ficar doentes. A forma de transmissão pode ser muito parecida com a virose humana: alguns vírus são transmitidos por insetos, outros por contato e até via sementes. Os principais insetos transmissores são os pulgões, as moscas-brancas, as cigarrinhas e os tripes (grupo de espécies de insetos muito pequenos que são pragas de várias plantas). As plantas doentes podem apresentar sintomas diversos, desde infecção sem sintomas até sintomas severos causando a morte da planta. Vejam fotos de duas doenças em tomateiros. A primeira é causada pelo vírus da murcha com mancha do tomateiro (espécie Tomato spotted wilt virus) - doença conhecida como "Vira-cabeça do tomateiro" e a segunda pelo vírus do enrugamento severo do tomateiro (espécie Tomato severe rugose virus) - doença "Mosaico dourado do tomateiro". Essas são as duas doenças mais temidas pelos tomaticultores no Brasil e provocam perdas muito sérias para a nossa agricultura. Os sintomas de virose podem ser vistos em vários órgãos da planta: folhas, caules, flores ou frutos. Em geral, as plantas infectadas por vírus apresentam folhas com alteração de cor, deformação e paralisação de crescimento. 
 

Vira-cabeça do tomateiro

Mosaico dourado do tomateiro

A seguir, respostas às questões mais frequentes em relação às viroses vegetais:
1) Há problema em comer uma folha ou fruto de uma planta com virose?
Não! Não há qualquer risco de um ser humano se infectar com um vírus de planta.
 
2) Uma planta pode se curar de uma infecção, assim como nós? As plantas têm vários mecanismos de defesa e é possível que uma nova brotação saia sadia e cresça de uma planta infectada. Entretanto, esses casos não são muito comuns.
 
3) O que devo fazer com uma planta infectada com um vírus. A melhor opção seria a eliminação desta planta para evitar que outras sadias que estão em volta se infectem.
 
4) O que devo fazer para não ter problemas com viroses nas minhas plantas? São várias as medidas e a maioria tem caráter preventivo: use sementes de boa qualidade, produza as mudas protegidas de insetos, plante em área sem a ocorrência de doenças, escolha a época com menor número de insetos transmissores presentes, controle os insetos transmissores, use material com resistência às viroses que ocorrem na região, elimine as plantas doentes, não transporte plantas de uma região para outra e destrua os restos culturais logo após a colheita.
 
5) As viroses são sérias? Muito sérias. Há culturas em que as viroses causam prejuízos gigantescos, exemplos no feijoeiro, laranjeira, tomateiro, meloeiro, batateira, pimenteira, aboboreira, videira e muitas outras culturas.
 
6) Há muitas doenças causadas por vírus no Brasil? Sim, o Brasil é um país tropical e exportador de produtos agrícolas. A produção de plantas é intensiva e isso faz com que os patógenos se multipliquem e se dispersem com grande facilidade e velocidade durante todos os meses do ano. 

     As viroses representam uma séria ameaça ao Brasil. Com o objetivo de minimizar os problemas causados pelos vírus na agricultura, há pelo menos 60 virologistas dedicados ao estudo dos vírus que infectam plantas no Brasil. Esses virologistas atuam em empresas de pesquisa e entidades de ensino superior e trabalham na identificação dos vírus que causam as doenças, caracterizam as viroses, estudam o processo de infecção dos vírus na planta e a dispersão no meio ambiente e desenvolvem tecnologias para o controle das viroses. O número de virologistas é ainda baixo em vista da diversidade e da importância da agricultura no Brasil. Há uma grande demanda de estudantes interessados em virologia vegetal nas universidades que oferecem cursos de pós-graduação em Fitopatologia. 

por Dra. Alice Kazuko Inoue Nagata

alicenag@gmail.com

Are there virus diseases in plants?
     This is a question that certainly many can not answer. Yes, they can catch virus diseases. The plants can be infected in similar manner as humans: some are transmitted by insects, others by contact, and also by seeds. The main transmitters are aphids, whiteflies, leafhoppers, and thrips (minute insects, pest of many crops). Diseased plants show a diverse range of symptoms, from symptomless infection to severe symptoms and death. See the two attached pictures of tomato plants. The first plant is infected by a virus known as Tomato spotted wilt virus, and the second by Tomato severe rugose virus. These are the most threatening viruses to the Brazilian tomato growers and they cause serious losses to our agriculture. The virus symptoms are seen in different organs: leaves, stems, flowers or fruits. In general, the infected plants show leaves with color alteration, deformation and stunting.
 

Tomato spotted wilt virus

Tomato severe rugose virus

The answers to the most frequent questions regarding the plant viruses are shown below: 
1) Is there any problem in eating a leaf or fruit from a virus infected plant? No! There are no risks to the humans to be infected by a plant virus. 

2) A diseased plant may be cured from an infection, as seen in humans? The plants use many defense mechanisms and it is possible that a new healthy growth emerges from an infected plant. However, these cases are rare. 

3)What should I do with an infected plant? The best option is the elimination of this plant to avoid disseminating the virus to other healthy plants.
 
4) What can I do to avoid problems with viruses in my plants? Many measures can be applied and most of them are preventive: use high quality seeds, produce the transplants free from insects, plant in areas where the diseases do not occur, choose the period with the lower transmitter insects present in the area, control the transmitter insects, use virus resistant materials, discard diseased plants, do not transport plants from one region to others, and destruct the plants immediately after harvesting.
 
5) The virus diseases are serious? Very serious. Some crops are specially problematic with huge losses, such as dry beans, orange trees, tomato, melon, potato, pepper, squash, vine trees, and many others.
 
6) Are there many plant virus diseases in Brazil? Yes, Brazil is a country with a tropical climate and exports agriculture products. The plant production is intensive, and it results in easy and fast pathogen propagation and spreads throughout the year.
 
     The virus diseases represent one of the most serious threat to Brazil. With the aim to minimize the agricultural losses caused by viruses, at least 60 virologists are dedicated to study the viruses in Brazil. These virologists work in research and education institutes, and they focus on virus identification and characterization, study the process of virus infection and spread in the environment, and develop technologies for disease control. The number of virologists is still low due to the high diversity and the importance of the agriculture for the country. There is a big demand on students interested in plant virology by the universities that offer post-graduation courses in Plant Pathology.

by Dr. Alice Kazuko Inoue Nagata

alicenag@gmail.com

Os micro-organismos endofíticos e suas interações com as plantas

Os micro-organismos que habitam o interior das plantas são chamados de micro-organismos endofíticos. Eles podem ser encontrados em tecidos e órgãos vegetais como raízes, folhas, frutos e sementes. A comunidade endofítica é constituída principalmente por fungos e bactérias que, ao contrário dos micro-organismos patogênicos, não causam prejuízos aos seus hospedeiros. Para termos uma noção do tamanho desta comunidade, conhecemos hoje cerca de seis mil e quinhentos fungos endofíticos isolados de árvores e de herbáceas, porém acredita-se que este número seja muito maior, e ainda estamos longe de descobrir todas as espécies bacterianas e fúngicas associadas às plantas. Considerando que existam aproximadamente 300.000 espécies de plantas superiores, e que uma planta individual é colonizada por vários endófitos, a oportunidade de se descobrir novos e interessantes micro-organismos é muito grande.

Os efeitos dos micro-organismos endofíticos nas plantas são variados. Atualmente, a atenção tem sido voltada ao estudo de endofíticos que podem atuar no controle biológico de doenças vegetais e também aos que tem a capacidade de promover o crescimento vegetal. Além disso, esses micro-organismos constituem um grupo ainda pouco estudado de organismos produtores de metabólitos secundários com possível aplicação biotecnológica.

Por ocuparem um nicho ecológico semelhante àqueles ocupados por patógenos, os micro-organismos endofíticos apresentam grande potencial para o controle biológico. Muitos apresentam produção de toxinas e compostos secundários que protegem a planta hospedeira do ataque de fungos e bactérias fitopatogênicas, insetos e até mesmo de outros animais herbívoros. Os principais compostos produzidos por estes micro-organismos são os antifúngicos, antibióticos, alcalóides e as neurotoxinas, tóxicos principalmente a insetos. Além disso, existem diversos fungos entomopatogênicos, ou seja, que conseguem colonizar insetos através de seu tegumento (ou “pele” dos insetos) por onde vai crescendo, ramificando-se internamente, prejudicando os processos fisiológicos dos insetos, que acabam morrendo.

Por ser um agente natural, o controle biológico surge como uma alternativa ao uso de agroquímicos como os pesticidas que, embora eficientes, apresentam riscos tanto aos trabalhadores que fazem sua aplicação no campo, como também aos consumidores desses produtos. Em geral, quando um micro-organismo é capaz de causar danos ou influenciar na ação de um determinado patógeno, ele se apresenta como um agente específico, ou seja, ele realiza esta reação apenas contra uma determinada espécie ou gênero. Essa característica de especificidade é extremamente importante pois, além de não contaminar o meio ambiente, esses micro-organismos, de maneira geral, não apresentam a mesma capacidade de ação contra outros animais.

Existem muitas espécies de endofíticos utilizados no controle biológico, como é o caso de Pseudomonas sp., Metarhizium anisopliae, Zoophthora radicans, Bacillus thuringiensis, dentre outras. Consequentemente, existem diferentes formas de aplicação destes micro-organismos, alguns são aplicados nas sementes, outros nas folhas, outros após a colheita, variando conforme o patógeno que se pretende combater.

A estratégia de aplicação de micro-organismos que beneficiem o crescimento de plantas também é bastante promissora. Este tipo de ação visa à substituição parcial ou total de fertilizantes e defensivos químicos, os quais estão cada vez mais escassos e caros, além de causarem vários problemas à saúde humana e ao meio ambiente.

A promoção do crescimento vegetal por micro-organismos endofíticos pode ser o resultado de diversos mecanismos como: indução de resistência sistêmica da planta contra fitopatógenos, fornecimento de substâncias reguladoras do crescimento dos micro-organismos para as plantas (como o ácido-indol-acético (AIA) e aminoácidos). Alguns endófitos também são capazes de aumentar a disponibilidade de nutrientes através de processos como a fixação biológica de nitrogênio, solubilização de fosfato mineral e produção de sequestradores de ferro do solo, como os sideróforos.

Os efeitos no crescimento das plantas são variados, podendo influenciar no crescimento das raízes, da parte aérea, no aumento do peso da matéria seca, na área foliar, na velocidade de germinação das sementes até mesmo na produtividade final.

Pseudomonas, Bacillus, Burkholderia e Streptomyces estão entre os principais gêneros bacterianos empregados na agricultura visando a promoção de crescimento das mais diversas culturas vegetais.

Tendo em vista a capacidade que os micro-organismos possuem de produzir compostos benéficos ao crescimento e desenvolvimento de plantas, seus metabólitos estão sendo cada vez mais estudados para tentar atender à crescente necessidade por novas drogas, agentes quimioterápicos e agroindustriais que sejam, ao mesmo tempo, mais efetivos, menos tóxicos e que apresentem menor impacto ambiental.

O termo utilizado para busca de fontes biológicas com características que podem ter valor para o desenvolvimento comercial é “bioprospecção”, ou seja, a bioprospecção representa o processo que busca no meio ambiente organismos, enzimas ou compostos que possam dar origem a produtos de interesse, como medicamentos, inseticidas e defensivos agrícolas. Desta forma, o desenvolvimento de novos produtos ou processos na área da biotecnologia, tendo como base a bioprospecção, só é possível graças à biodiversidade microbiana existente, pois a mesma nos fornece inúmeras possibilidades de desenvolvimento às novas aplicações biotecnológicas.

Essas são apenas algumas das aplicações que os micro-organismos que vivem associados às plantas podem ter. Podemos notar que seus benefícios, sejam eles diretos ou indiretos, incluem não somente o reino vegetal, mas também todos nós.

Por Bruna Batista

bruna.biotec@hotmail.com

Jaqueline Almeida

jackalmeidajau@hotmail.com

Endophytic microorganisms and their interactions with plants

The microorganisms that inhabit the interior of plants are called endophytic microorganisms. They can be found in tissues or plant organs such as roots, leaves, fruits and seeds. The endophytic community is constituted mainly by fungi and bacteria, and differently of pathogenic microorganisms, they do not cause damage to their hosts. To get a sense of the size of this community, six thousand five hundred endophytic fungi were isolated from trees and grasses, but it is believed that this number is much higher and we are still far from discovering all bacterial and fungal species associated with plants. Considering that there are approximately 300,000 species of higher plants and that an individual plant is colonized by various endophytes, the opportunity to discover new and interesting microorganisms is very wide.

The effects of these endophytic microorganisms in plants are diverse. Currently, studies have been focused on endophytic that can act in biological control of plant diseases and those who have the ability to promote plant growth. These microorganisms are a poorly studied group with great potential to produce secondary metabolites with biotechnological applications.

Endophytic microorganisms occupy a similar ecological niche to pathogens and for it they have great potential for biological control. Many of them produce toxin and secondary compounds that protect the host plant from several pathogenic fungal and bacteria, insects and even against other herbivorous animals. The main compounds produced by these microorganisms are antifungal agents, antibiotics, alkaloids and neurotoxins, particularly toxic to insects. In addition, there are several entomopathogenic fungi, they can colonize insects through their integument (or "skin" of the insects) where they are able to grow, branch out internally, damaging physiological processes of insects, which eventually will die.

Biological control is considered an alternative to the use of agricultural chemicals such as pesticides that, although effective, pose risks both to workers who make their application in the field and to consumers of these products. In general, when a microorganism is able to cause harm or influence the action of a particular pathogen, it is classified as a specific agent, meaning, it performs this reaction only against a particular species or genus. This specificity characteristic is extremely important because, they do not contaminate the environment and these microorganisms, in general, do not have the same capacity for action against other animals.

There are many species of endophytic used in biological control, such as Pseudomonas sp., Metarhizium anisopliae, Zoophthora radicans, Bacillus thuringiensis, and others. Consequently, there are different ways of applying these microorganisms, some are applied in the seeds, others in the leaves, others after harvesting, varying with the pathogen that is intended to combat.

The microorganism application strategy which benefit plant growth is also very promising. This kind of action aimed at partial or total replacement of chemical fertilizers and pesticides, which are increasingly scarce and expensive, and cause several problems to human health and to the environment.

The plant growth promotion by endophytes can be the result of several mechanisms such as induction of systemic plant resistance against plant pathogens, providing growth regulatory substances to the plants (such as indole acetic acid (AIA) and amino acids). Some endophytes are also able to increase the availability of nutrients through processes such as biological nitrogen fixation, mineral phosphate solubilization and production of captors of iron from the soil, such as siderophores.

The effects on plant growth are diverse and can influence the roots and shoot growth, increase weight of dry matter, leaf area, the speed of seed germination and even the final yield. Pseudomonas, Bacillus, Burkholderia and Streptomyces are among the main bacterial genera employed in agriculture aimed at growth promoting of various crops.

In view of the ability of microorganisms to produce beneficial compounds to plants growth and development, their metabolites are being increasingly studied to try to meet the growing need for new drugs, chemotherapeutic and agro industrial agents that are, at the same time, more effective, less toxic, and have less environmental impact.

The term used to search from biological sources with features that can have commercial development value is "bioprospection", i.e., bioprospection is the process that seeks to organisms in the environment, enzymes or compounds that may give rise to products of interest, as medicines, insecticides and pesticides. Thus, the development of new products or processes in biotechnology area, based on bioprospection, is only possible thanks to the existing microbial biodiversity that provides us with countless possibilities of new biotechnological applications development.

These are just some applications of microorganisms that live associated with plants. We can note that its benefits, whether direct or indirect, include not only the vegetable kingdom, but also all of us.

By Bruna Batista

bruna.biotec@hotmail.com

Jaqueline Almeida

jackalmeidajau@hotmail.com

Eu, ecossistema

Quando perguntamos às pessoas a relação entre os micro-organismos e o corpo humano, o senso comum é de que esses pequenos seres vivos só nos causam doenças e outros problemas. Mas a ciência nos explica que isso não é verdade! Fungos, bactérias e vírus podem ser a causa de enfermidades, mas o nosso corpo é colonizado por milhões de outros micro-organismos que nos trazem muitos benefícios. Todos nós somos um vasto ecossistema com uma diversidade biológica muito grande. No texto de hoje do especial temático, vamos entender quem são esses micro-organismos, como nós os adquirimos e quais os benefícios que eles nos trazem; além disso, abordaremos como a ciência os estuda. Pronto para entender mais sobre o microbioma do seu corpo?

A cada 1 célula humana presente em nosso corpo outras 10 são de micro-organismos, ou seja, somos um aglomerado de células humanas, de fungos, bactérias e também vírus; sendo este conjunto todo denominado microbioma humano. A aquisição desses ocorre depois que nascemos. Quando estamos na barriga de nossa mãe somos praticamente estéreis, ou seja, sem microbioma próprio, mas a partir do momento que passamos pelo canal vaginal (no caso do parto normal) ou somos expostos ao ambiente (como na cesárea) começamos a adquirir esses micro-organismos. Estudos mostram que quando um bebê nasce seu microbioma começa a se desenvolver graças à amamentação, ou seja, a colonização do sistema digestório dá-se pelos micro-organismos oriundos da mãe. Bebês que se alimentam do leite materno ficam mais saudáveis e menos propensos a alergias, diarréias e outras enfermidades graças ao microbioma que ele ganha de sua mãe! Ao longo da vida adulta, conforme crescemos e nos desenvolvemos, tanto nossa alimentação quanto as pessoas com que convivemos e local onde moramos, são determinantes na formação e estabelecimento do nosso microbioma.

Mas onde podemos encontrá-los em nosso corpo? Eles estão presentes em toda a superfície que está em contato com o ambiente, como na nossa pele, nariz, ouvido, olhos, sistema genital e gastrointestinal. Em todos esses locais, a quantidade e variedade de micro-organismos muda. A pele, o maior órgão de contato com o meio externo, possui milhares de micro-organismos, sendo que as regiões úmidas como axilas, virilhas e dedos dos pés possuem uma maior quantidade e variedade de espécies do que regiões oleosas. Nos olhos, especialmente no tecido conjuntivo que forra a parte externa do olho e a parte interior das pálpebras, a quantidade de micro-organismos é pequena. Isso ocorre porque as lágrimas, que mantêm esse tecido úmido, contêm substâncias bactericidas que dificultam o crescimento dos mesmos.

Dos sistemas do corpo, o sistema gastrointestinal é o que possui a maior diversidade de micro-organismos, por causa do seu grande tamanho (o que gera uma longa superfície onde eles podem se aderirem) e da grande disponibilidade de nutrientes. Ao longo desse sistema o microbioma também varia. No estômago, por exemplo, a presença do suco gástrico que auxilia na digestão, dificulta o crescimento de vários micro-organismos. Já a porção final do intestino, o cólon, é a parte com maior número de micro-organismos. É importante lembrar que essa variação na composição do microbioma nas diversas partes do corpo ocorre devido a diversos fatores como a temperatura, pH, umidade, oxigenação, nutrientes e imunidade.

O conjunto dos micro-organismos que habitam nosso corpo é denominados de microbioma residente. A maioria deles vivem em harmonia com o nosso organismo, sem causar danos ou doenças, sendo consideradas comunidades microbiana estáveis. Entre os vários benefícios desse microbioma podemos citar seu papel na aquisição de nutrientes, no caso dos micro-organismos do intestino, os quais são capazes de sintetizar aminoácidos essenciais e vitaminas, além de degradar muitos componentes não que não seriam absorvidos pelas células humanas. Além disso, o microbioma auxilia na proteção contra patógenos e atua na modulação do sistema imune.

O termo metagenômica compreende a ciência que estuda o material genético de amostras ambientais para acessar os micro-organismos ali presentes. Primeiramente temos que pensar que todos os micro-organismos possuem DNA. Como, nos dias de hoje, não temos tecnologia e/ou conhecimento suficientes para cultivá-los em laboratório, estudar a comunidade microbiana existente numa amostra utilizando o DNA presente na mesma foi uma saída engenhosa que nos permitiu conhecer melhor os micro-organismos existentes. Os cientistas utilizam a técnica de sequenciamento de DNA para acessar a informação presente em uma amostra de interesse. A partir disto, pode-se predizer desde as espécies presentes até a função desempenhada por elas.

Mas quão estáveis são essas comunidades? As alterações em nossa saúde podem causar o rompimento do equilíbrio entre os micro-organismos e o nosso corpo. A maioria das infecções conhecidas são causadas por organismos oportunistas - aqueles que estão no microbioma normal do corpo humano - e não por patógenos estritos, ou seja, aqueles que obrigatoriamente parasitam o corpo e resultam em doença. Uma simples eliminação do microbioma normal faz com que nos tornemos mais suscetíveis a aquisição de infecções tanto por bactérias e, fungos como protozoários oportunistas. A terapia com antibióticos, por exemplo, pode causar efeitos adversos que permanecem de forma prolongada no microbioma humano, inibindo inclusive os micro-organismos necessários ao funcionamento adequado e portanto abre portas a infecções mais severas. Devemos pensar que as mudanças no microbioma são a causa e não a consequência das modificações fisiológicas dos organismos.

O conhecimento prévio a respeito da composição dessa população microbiana subestimou a população de micro-organismos, pois apenas uma pequeníssima proporção deles pode ser cultivada em condições de laboratório. O projeto Microbioma Humano (“Human Microbiome Project” – HMP) foi criado para estudar detalhadamente esse microbioma e analisar seu papel na saúde e na doença dos seres humanos. Muitos pesquisadores pelo mundo todo se esforçam para decifrar o genoma coletivo do microbioma humano. A metagenômica é o nome dado a uma forma de análise do material genético de micro-organismos a partir de uma amostra direta do ambiente de estudo, ou seja, do nosso corpo. Assim os micro-organismos podem ser detectados sem precisar de cultivo com meios de cultura.

Sabe-se que mais de 50% de todo microbioma humano é desconhecido e ainda, 80% das bactérias identificadas pela técnica de metagenômica não podem ser cultivadas em laboratórios, em outras palavras, sem a metagenômica conheceríamos menos de ¼ do microbioma que compõe as partes do nosso corpo.

O nosso texto especial temático “Eu, ecossistema” traz os principais benefícios do microbioma normal, composto por milhares de micro-organismos benéficos à nossa saúde. Além disso, ressalta também que diferentes e pequeninos seres-vivos compartilham o mesmo espaço com nossas células em cada região do nosso corpo e apresentam um papel crítico na sobrevivência de nós, seres-humanos, ao participarem de atividades necessárias a saúde como digestão, crescimento, proteção contra agentes infecciosos e também na resposta imune. Visto a especificidade dos pequeninos seres, o estado de saúde do hospedeiro é de extrema importância neste momento para o estabelecimento (ou não) de uma infecção.

Como podemos ver o senso de que os micro-organismos só nos causam coisas ruins pode ser comum mas a ciência têm inúmeros fatos provando o contrário! Agora que você conhece mais seu corpo, não se esqueça dos outros 90% que não são você mas fazem parte de você!

Gostou do texto? Tem dúvidas ou sugestões? Comente abaixo ou nos mande um email. Sua opinião é sempre bem-vinda!

Até a próxima!

Por Nathália de Moraes

nathalia.esalq.bio@gmail.com

e Mariana Lopes

mslopes25@gmail.com

e Sarina Tsui

tsui.sarina@gmail.com

Referências

Arnold, C. (2013). Gut feelings: the future of psychiatry may be inside your stomach. Disponível em: http://www.theverge.com/2013/8/21/4595712/gut-feelings-the-future-of-psychiatry-may-be-inside-your-stomach

Eles estão entre nós. Disponível em http://revistagalileu.globo.com/Galileu/0,6993,ECT987532-1948-2,00.html. Acesso em 09/03/2015

Gonçalves, F. G. Flora normal. InfoEscola. Disponível em http://www.infoescola.com/microbiologia/flora-normal/. Acesso em: 09 mar. 2015.

Icaza-Chávez ME. Microbiota intestinal en la salud y la enfermedad. Revista de Gastroenterología de México. 2013;78:240---248.

Katie, W.M. (sem data). Do You Have a Stinking Gut? (And Why You Should

Want One). Disponível em: http://wellnessmama.com/2303/stinking-gut/.

Maczulak, A. Why the world needs bacteria. (2010). In: Allies and Enemies: how the world depends on bacteria. FT Press.

ISBN-10: 0-13-701546-1

Microbiologia Bacteriana Humana. Disponível em: http://mundomicrobiologia.blogspot.com.br/2012/08/microbiota-bacteriana-humana.html. Acesso em 09 mar. 2015.

Moon, P. (2009). Uma cidade chamada você. Revista Época. 602: 122-123

Morgan, X.C.; Huttenhower, C. (2012) Chapter 12: Human Microbiome Analysis. PLoS Comput Biol. 8(12): e1002808. doi:10.1371/journal.pcbi.1002808

Murray, P.R. e cols. Microbiologia Médica. 5ª ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2006.

ScienceDaily. (2012). "Breast milk promotes a different gut flora growth than infant formulas." Duke University Medical Center. Disponível em: www.sciencedaily.com/releases/2012/08/120827094353.htm

SEKIROV, I.;  RUSSELL, L. S.; ANTUNES, L. C. M. ; FINLAY, B. B. Gut Microbiota in Health and Disease. Physiol Rev 90: 859–904, 2010.

Turnbaugh, P.J., Ley, R. E.; Hamady, M.; Fraser-Liggett, C.M.; Knight, R.; Gordon, J.I. (2007). The human microbiome project. Nature. 449: 804-810.

GRICE et al. Topographical and Temporal Diversity of the Human Skin Microbiome. Science, 324: 1190 - 1192, 2009.

MENDES, R; RAAIJMAKERS, J. M. Cross-kingdom similarities in microbiome functions. The ISME Journal, 1–3, 2015. doi:10.1038/ismej.2015.7.

I, ecossystem

When we ask to someone what is the relation between microorganisms and human body, the common sense is to answer that these tiny living beings causes only diseases and other problems. But science explains to us that this is not true! Fungi, bacteria and virus might be the cause some illness, but our body is colonized by millions of microorganisms that bring several benefits to us. We are all an extensive ecosystem with a large biological diversity. Today, in this special issue, we are going to understand who are these microorganisms, how do we acquire them and what are the benefits they bring to us; besides this, we will look how the science study them. Are you ready to know more about your body’s microbiome?

For each human cell on our body there are ten microorganisms cells, in other words, we are a conglomerate of fungi, bacteria and virus, and this is called the “human microbiome”. The acquirement of these microorganisms occurs after we were born. When in our mother’s belly we are almost sterile but from the moment we pass through the birth canal (in a normal birth) or we are exposed to the environment (in a cesarean) we start to acquire these microorganisms. Some researches show that when a baby is born, its microbiome starts to develop thanks to breastfeeding, wherein colonization of the digester system is due to mother’s microorganisms. Throughout adulthood, as we grow and develop, both our feeding habits as well as people which we live and where we live, are crucial to the appearance and establishment of our microbiome.

But where can we find these microorganisms in our body? Well, they are in all the surface that is in contact with the environment as our skin, nose, ear, eyes, genitals and gastrointestinal system. In all these locations, the amount and the variety of these microorganisms change. The skin that is the biggest organ in contact with the environment has thousand of microorganisms, and different humid areas like armpits, genitals and toes have a greater number and variety of species than oily regions. Although in the eyes, especially in the connective tissue that lines the outside of the eye and the inside of the eyelid, the amount of microorganisms is smaller. This is due to the tears that keep this tissue wet and also contain antibacterial substances.

Metagenomics comprises the science that studies the genetic material of environmental samples to access the microorganisms. Foremost, let’s think that every microorganism are composed by genetic material, DNA. Nowadays, we have no technology and / or sufficient knowledge to cultivate all them in laboratory, studies based on the DNA present in the microbial community in a sample was a skillful way, which allowed us to better understand the existing microorganisms. Scientists use DNA's sequencing technique to access this information in a sample of interest. From this, species can be predicted as well as the role played by them.

Considering body systems, the gastrointestinal system has the greatest diversity of microorganisms, due to its large extension (which creates a long surface where they can be adhered to) and great nutrient availability. Along with this system the microbiome also varies. In the stomach, for example, the presence of the gastric juice is a challenge to the growth of many microorganisms. However, the final portion of the gut - the colon - is the part with greater number of microorganisms. It’s important to remember that this variation of the microbiome composition in different body parts is related to several factors such as temperature, pH, humidity/moisture, oxygenation, nutrients and immunity.

All microorganisms that inhabit in our body are called resident microbiome. Most of them live in harmony with our body/organism, without causing damage or diseases, as stable microbial communities. Among the several benefits that are related with the microbiome, we can mention their role in the acquisition of nutrients, in the case of the gut microorganisms, which are able to synthesize essential amino acids and vitamins and degrade many components that will be not be absorbed by human cells without them. Furthermore, the microbiome assists in the protection against pathogens and modulates the immune system.

But how much stable are these communities? Changes in our health can cause balance rupture between the microorganisms and our body. Most of well-known infections are caused by opportunistic organisms - that are in the regular microbiome of the body - and not by microorganisms that are strict pathogens - those that mandatorily parasitize the body and causes diseases. A simple elimination of normal microbiome make us more susceptible to infections by both bacteria and fungi as well as protozoan opportunistic. Antibiotic therapy, for example, can cause adverse effects that remain for a prolonged time into the human microbiome, inhibiting the microorganisms necessary for suitable functioning and therefore opens the door to more severe infections. We must think that the changes in the microbiome are the cause of and not the consequence of organisms’ physiological modifications.  

Prior knowledge about microbial composition underestimated the population of microorganisms, because a very small proportion of them can be grown in laboratory conditions. Human Microbiome Project (HMP) was created to study this microbiome in detail and to analyze its role in human health and disease. Efforts to decipher the collective genome of the human microbiome are taken by researchers around the world. Metagenomic analyze microorganisms’ genetics from a sample of the environment, or in our body. Thus, microorganisms identification and function can be detected without cultivating them in growth medium.

It is well known that over 50% of all human microbiome is still unknown and 80% where detect with uncultured techniques that identified bacteria that cannot grown in laboratory conditions, in other words, without metagenomic less than ¼ of the microbiome that compose our body would not be known.

This text "I, ecosystem" brings the main benefits of health microbiome, composed by thousands of beneficial microorganisms to us. It also emphasized that different microorganisms share the same space with our cells in different regions and have a critical role in our survival. They are enrolled in important activities such as digestion, growth, protection against infectious agents and also in the immune response. Since the specifity of these organisms, host health status is very important at this time, because its determine the establishment (or not) of an infection.

As can be seen the common sense that microorganisms only cause injuries is quite widespread but science have several facts proving them otherwise! Now that you know a little more about your body, do not forget the ‘other’ 90% that are not you but make part of you!

Like the text? Have questions or suggestions? Comment below or send us an email. Your opinion is always welcome!

See you!

Por Nathália de Moraes

nathalia.esalq.bio@gmail.com

e Mariana Lopes

mslopes25@gmail.com

e Sarina Tsui

tsui.sarina@gmail.com

Referências

Arnold, C. (2013). Gut feelings: the future of psychiatry may be inside your stomach. Disponível em: http://www.theverge.com/2013/8/21/4595712/gut-feelings-the-future-of-psychiatry-may-be-inside-your-stomach

Eles estão entre nós. Disponível em http://revistagalileu.globo.com/Galileu/0,6993,ECT987532-1948-2,00.html. Acesso em 09/03/2015

Gonçalves, F. G. Flora normal. InfoEscola. Disponível em http://www.infoescola.com/microbiologia/flora-normal/. Acesso em: 09 mar. 2015.

Icaza-Chávez ME. Microbiota intestinal en la salud y la enfermedad. Revista de Gastroenterología de México. 2013;78:240---248.

Katie, W.M. (sem data). Do You Have a Stinking Gut? (And Why You Should

Want One). Disponível em: http://wellnessmama.com/2303/stinking-gut/.

Maczulak, A. Why the world needs bacteria. (2010). In: Allies and Enemies: how the world depends on bacteria. FT Press.

ISBN-10: 0-13-701546-1

Microbiologia Bacteriana Humana. Disponível em: http://mundomicrobiologia.blogspot.com.br/2012/08/microbiota-bacteriana-humana.html. Acesso em 09 mar. 2015.

Moon, P. (2009). Uma cidade chamada você. Revista Época. 602: 122-123

Morgan, X.C.; Huttenhower, C. (2012) Chapter 12: Human Microbiome Analysis. PLoS Comput Biol. 8(12): e1002808. doi:10.1371/journal.pcbi.1002808

Murray, P.R. e cols. Microbiologia Médica. 5ª ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2006.

ScienceDaily. (2012). "Breast milk promotes a different gut flora growth than infant formulas." Duke University Medical Center. Disponível em: www.sciencedaily.com/releases/2012/08/120827094353.htm

SEKIROV, I.;  RUSSELL, L. S.; ANTUNES, L. C. M. ; FINLAY, B. B. Gut Microbiota in Health and Disease. Physiol Rev 90: 859–904, 2010.

Turnbaugh, P.J., Ley, R. E.; Hamady, M.; Fraser-Liggett, C.M.; Knight, R.; Gordon, J.I. (2007). The human microbiome project. Nature. 449: 804-810.

GRICE et al. Topographical and Temporal Diversity of the Human Skin Microbiome. Science, 324: 1190 - 1192, 2009.

MENDES, R; RAAIJMAKERS, J. M. Cross-kingdom similarities in microbiome functions. The ISME Journal, 1–3, 2015. doi:10.1038/ismej.2015.7.