Nas últimas décadas importantes mudanças de paradigmas têm ocorrido nas ciências de um modo geral, e particularmente na biologia. Mudanças importantes ocorrem nas ciências como resultado de vários e complexos fatores. O primeiro deles, facilmente percebido é a curiosidade humana, a ânsia de responder a perguntas. Este fator se alia à necessidade de solucionar problemas, o que muitas vezes impulsiona a ciência. Diante de dificuldades, pesquisadores reúnem todo conhecimento, toda tecnologia disponível em determinada época e cria soluções inovadoras e eficazes. Um exemplo bem recente: a velocidade com que, diante de uma pandemia, a COVID 19, se alcançou uma enorme quantidade de informações sobre o vírus que causa a síndrome, o vírus SARS-CoV-2, sobre a própria doença e foram desenvolvidas várias vacinas. Usando tecnologias de todo tipo, desde as clássicas como vírus inativados a RNA mensageiro (mRNA), vetores virais, e subunidades protéicas, foi possível oferecer respostas rápidas e eficazes contra o vírus. As mudanças não somente fornecem respostas e soluções, mas também vão mudando o modo de compreender e interpretar a realidade, a nossa percepção sobre como as coisas funcionam.
A microbiologia tem desempenhado um papel crucial nesta “revolução”, com efeitos diretos na busca de soluções sustentáveis para grande parte dos problemas que enfrentamos hoje, como as mudanças climáticas e todas suas graves consequências.
Entre os anos 60 e 70, Woese e seus colaboradores1, trabalhando com métodos baseados em biologia molecular em nova abordagem para a classificação dos seres vivos, descobriram que o mundo biológico não é dividido em cinco reinos, como se acreditava na época, mas composto por apenas três domínios. Dois destes, Eukarya e Bacteria, já tinham sido descritos, mas o terceiro, Archaea, era totalmente desconhecido. Archaea se revelou desde então como um grupo diverso, versátil e ubíquo de microrganismos que podem tolerar uma ampla gama de habitats, incluindo alguns dos mais inóspitos ambientes na terra. Foi possível descobrir que há seres que vivem e prosperam em fontes termais ou nos solos gelados da Antártica.
A vida não apenas começou com microrganismos, a continuação da existência de vida na Terra depende totalmente destes seres microscópicos.
A ideia de que dois dos três domínios da vida são microbianos representou uma mudança radical de paradigma para a biologia. Além disso, a maior parte do espectro da diversidade genética pertence aos microrganismos. Em outras palavras, a grande maioria da diversidade da vida é microbiana. Toda a vida do planeta descende dos microrganismos. A vida não apenas começou com microrganismos, a continuação da existência de vida na Terra depende totalmente destes seres microscópicos. Estima-se que existam neste planeta 5×1031 células microbianas, pesando mais de 50 quatrilhões de toneladas. Microrganismos realizam mais fotossíntese do que plantas verdes. Excluindo a celulose, os microrganismos constituem aproximadamente 90% da biomassa de toda a biosfera (mais de 60% se a celulose for considerada)2.
Neste período de grandes mudanças, o campo da ecologia microbiana cresceu consideravelmente, em parte impulsionado pelos avanços nas abordagens chamadas ômicas (genômica, transcriptômica, proteômica, metabolômica) que possibilitaram a investigação independente de cultura e em nível de comunidade da taxonomia microbiana, funções e interações com hospedeiros. Esse novo paradigma reposicionou os microrganismos como organismos fundamentais na ecologia global: desde a provisão de serviços ecossistêmicos essenciais ligados à ciclagem de nutrientes, produção de alimentos, sequestro de carbono, emissões de gases de efeito estufa e saúde do ecossistema; até sua íntima relação com a saúde de plantas, animais e humanos3.
Os microrganismos conectam o solo, a saúde das plantas, dos animais e da humanidade, e as comunidades microbianas conectam os diferentes ecossistemas. Um novo conceito, one health (saúde única) destaca que a saúde e o bem-estar da humanidade estão inseparavelmente ligados à saúde de outros componentes do ecossistema, como solo, plantas e animais. Há uma crescente conscientização de que os microrganismos são cruciais para esta saúde única porque conectam cada um desses componentes, e a saúde dos ecossistemas depende fortemente da contribuição das comunidades microbianas4.
(…) “plantas e animais co-evoluíram com microrganismos com os quais co-habitam e essa montagem de hospedeiro e microrganismos funciona como uma unidade ecológica”. Especificamente, o holobionte pode ser entendido como o conjunto formado pelo hospedeiro mais todas as suas espécies comensais e simbióticas (que vivem dentro ou sobre o hospedeiro). Sinônimo de “super-organismo”.
Neste contexto, um dos conceitos mais bem estudados e que constitui hoje um novo campo de pesquisa é o de microbioma, ou seja, a presença de comunidades microbianas características que ocupam um habitat razoavelmente bem definido e que possui propriedades físico-químicas distintas. Pode ser o solo, a rizosfera, superfície de plantas, animais desde os mais simples como corais ou esponja do mar, até mamíferos, incluindo nós, humanos, intestinos, a pele, cavidade bucal… O microbioma inclui o conjunto de microrganismos e seus elementos estruturais, ácidos nucléicos, proteínas, lipídios, polissacarídeos, bem como vários metabólitos5. Os microbiomas abrangem os microrganismos e suas atividades, incluindo sua dinâmica espaço-temporal, que resulta na formação de nichos ecológicos específicos6. Como uma derivação direta deste conceito, temos outro, o de holobionte: “plantas e animais co-evoluíram com microrganismos com os quais co-habitam e essa montagem de hospedeiro e microrganismos funciona como uma unidade ecológica”7. Especificamente, o holobionte pode ser entendido como o conjunto formado pelo hospedeiro mais todas as suas espécies comensais e simbióticas (que vivem dentro ou sobre o hospedeiro). Sinônimo de “super-organismo”. Este termo é cada vez mais utilizado para denotar que o hospedeiro por si só não é a unidade sujeita à pressão seletiva, visto que organismos multicelulares provavelmente sempre evoluíram com sua microbiota, sendo esta última de suma importância para manter a saúde do hospedeiro”.
Todos os eucariotos multicelulares são considerados holobiontes, ou organismos que abrigam diversas comunidades microbianas que desempenham um papel importante em aspectos-chave da biologia de seu hospedeiro. Essas interações hospedeiro-microrganismo não são aleatórias e resultam de uma co-evolução de longo prazo, frequentemente levando a associações nas quais o hospedeiro e sua microbiota colaboram de forma mutuamente benéfica.
Estes novos paradigmas não somente mudam nossas concepções teóricas, como conceitos de saúde e doença, como também, e consequentemente, exigem mudanças importantes em nossas abordagens cotidianas nos variados papéis que o microbiologista deve assumir hoje. Neste sentido, tratar de questões relacionadas à saúde e doença, qualidade microbiológica, microrganismos questionáveis, monitoramentos e validações vai envolver abordagens novas, como análises baseadas em risco, num trabalho cooperativo e multidisciplinar. Vamos nos preparar para esta jornada?
Referências
- Woese, C.R. et al (1990) Towards a natural system of organisms: Proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya Proc. Nati. Acad. Sci. USA Vol. 87, pp. 4576-4579, June 1990 https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC54159/pdf/pnas01037-0173.pdf
- Microbiology in the 21st Century: Where Are We and Where Are We Going? This report is based on a colloquium sponsored by the American Academy of Microbiology held September 5–7, 2003, in Charleston, South Carolina. Washington (DC): American Society for Microbiology; 2004. Available from: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK560448/ doi: 10.1128/AAMCol.5Sept.2003.
- Law, S.R. et al. 2024 – Life at the borderlands: microbiomes of interfaces critical to One Health – FEMS Microbiology Reviews, 2024, vol 48 no 2 DOI:10.1093/femsre/fuae008
- Zhang et al. 2024 Modern agriculture and One Health – Infectious Diseases of Poverty (2024) 13:7 https://doi.org/10.1186/s40249-024-01240-1
- Berg, G., Rybakova, D., Fischer, D. et al. 2020 Microbiome definition re-visited: old concepts and new challenges. Microbiome 8, 103 (2020). https://doi.org/10.1186/s40168-020-00875-0
- Banerjee, S., van der Heijden, M.G.A.2023 Soil microbiomes and one health. Nat RevMicrobiol 21, 6–20 (2023). https://doi.org/10.1038/s41579-022-00779-w
- Trivedi, P., Leach, J.E., Tringe, S.G. et al. 2020 Plant–microbiome interactions: from community assembly to plant health. Nat Rev Microbiol 18, 607–621 (2020). https://doi.org/10.1038/s41579-020-0412-1
