Metabolômica reversa: novo método encontra biomarcador para doença inflamatória intestinal

Nos últimos anos, a investigação da microbiota começou a mudar o seu foco dos próprios micróbios para as moléculas que eles produzem. Afinal, são essas que interagem diretamente com as células humanas para influenciar a saúde de uma pessoa. No entanto, tentar identificar quais moléculas estão sendo produzidas pela microbiota de uma pessoa é bastante desafiador. Um estudo metabolômico típico só pode caracterizar cerca de 10% dos dados moleculares de uma amostra.

Em um novo estudo publicado na Nature, especialistas em microbiota da Universidade da Califórnia em San Diego apresentaram uma nova abordagem que chamam de “metabolômica reversa”. A técnica combina síntese orgânica, ciência de dados e espectrometria de massa para entender melhor quais moléculas estão sendo secretadas pela microbiota e como elas afetam a saúde humana.

Na sua primeira aplicação da metabolómica reversa, os cientistas encontraram centenas de moléculas que nunca tinham sido observadas no corpo humano antes. Usando esses novos dados, eles conseguiram identificar uma nova assinatura metabolômica para a doença inflamatória intestinal (DII). Os autores disseram que estas moléculas poderão algum dia servir como um biomarcador para o diagnóstico de DII ou como um potencial alvo terapêutico para ajudar a tratar a doença.

"Sabemos que a microbiota é importante, mas não sabemos que tipos de moléculas os micróbios produzem ou quão influentes são no corpo humano", disse o autor sênior Pieter C. Dorrestein, Ph.D., professor da Skaggs School of Farmácia e Ciências Farmacêuticas na UC San Diego. “A metabolômica reversa nos ajuda a avaliar se moléculas específicas podem ser encontradas nas amostras, prever quais micróbios as estão produzindo e relacionar essas assinaturas metabólicas com a saúde e a doença”.

Em um estudo metabolômico típico, os pesquisadores usam uma ferramenta chamada espectrometria de massa para procurar diferentes moléculas em uma amostra. Nesta técnica, cada molécula possui seu próprio “código de barras” pelo qual pode ser identificada. Ainda assim, os cientistas precisam de saber o que estes códigos de barras representam para descrever o conteúdo de uma amostra, o que continua a ser um desafio.

No estudo, os pesquisadores do Laboratório Dorrestein adotaram uma abordagem inversa. A primeira autora Emily C. Gentry, Ph.D., agora professora assistente na Virginia Tech, usou síntese orgânica para primeiro produzir milhares de moléculas sintéticas diferentes de quatro classes de interesse e depois definiu cada um de seus códigos de barras

Os pesquisadores então utilizaram dados metabolômicos disponíveis publicamente, incluindo aqueles previamente coletados pela Crohn's & Colitis Foundation, e procuraram os novos códigos de barras nesses dados. As descobertas revelaram que 145 dos ácidos biliares sintetizados estavam presentes em amostras biológicas de dados públicos, 139 dos quais nunca haviam sido descritos antes.

“Se você ler um livro de biologia, nenhuma dessas moléculas estará nele”, disse Dorrestein. "Eles não são apenas novos para a nossa compreensão da fisiologia humana, mas também são novos para a ciência, o que é bastante surpreendente."

Gentry e colaboradores compararam então as assinaturas metabolômicas de amostras de diferentes populações de pacientes e encontraram uma forte associação entre uma classe sintetizada de moléculas microbianas – amidatos biliares – e DII. Esta foi então validada em múltiplas coortes, apoiando a ideia de que estas moléculas estão provavelmente envolvidas na patologia da doença.

Olhando mais de perto, os cientistas notaram que certos amidatos biliares estavam elevados em pacientes com doença de Crohn, especificamente quando apresentavam sintomas ativos, mas este não era o caso dos pacientes com colite ulcerosa. Padrões como esses poderão um dia ser usados para ajudar a diferenciar e diagnosticar tipos específicos de DII.

Os pesquisadores começaram então a explorar como essas moléculas poderiam estar influenciando a saúde intestinal. Experimentos adicionais mostraram que vários compostos de amidato biliar podem promover a inflamação intestinal ao desregular a função das células T. Por exemplo, um composto microbiano produziu um aumento de seis vezes de uma citocina chave conhecida por estar envolvida na patogênese da doença de Crohn.

“Estamos usando síntese orgânica e ciência de dados para entender melhor como nossos corpos funcionam em nível molecular”, disse Gentry. "Somos também um dos primeiros estudos a descobrir novas moléculas humanas usando dados metabolômicos disponíveis publicamente. À medida que mais dados metabolômicos se tornarem disponíveis, a metabolômica reversa se tornará ainda mais informativa."

Os autores disseram que as moléculas que descreveram poderão um dia inspirar novas terapêuticas para o tratamento da DII. Por exemplo, os pacientes podem ser tratados com pílulas contendo micróbios vivos que secretam moléculas específicas ou medicamentos que inibem as enzimas com as quais essas moléculas associadas à doença interagem.

"Esta é uma conquista notável derivada de nossa iniciativa de nutrição de precisão, na qual o Dr. Dorrestein demonstrou anteriormente que a metabolômica reversa poderia identificar metabólitos alimentares associados à gravidade da doença em pacientes com DII", disse Andrés Hurtado-Lorenzo, Ph.D., vice-sênior presidente de Pesquisa Translacional e IBD Ventures da Crohn's & Colitis Foundation. “Agora, este trabalho inovador progrediu ainda mais para a descoberta de novos metabólitos que possuem potencial para aplicações diagnósticas e terapêuticas na DII”.