REVISTA DE BIOLOGIA E CIÊNCIAS DA TERRA ISSN 1519-5228 Volume 10 - Número 1 - 1º Semestre 2010
Microbiota indígena do trato gastrintestinal
Flávio Henrique Ferreira Barbosa1, Flaviano dos Santos Martins2, Larissa Paula Jardim de Lima Barbosa3, Jacques Robert Nicoli4
RESUMO
O termo microbiota intestinal refere-se ao ecossistema essencialmente bacteriano que reside normalmente nos intestinos do homem. No nascimento, essa microbiota é adquirida no canal do parto, e sua composição definitiva é obtida em torno dos dois anos de idade acompanhando o homem pelo resto de sua vida. A microbiota intestinal desempenha inúmeras funções, muitas das quais somente agora começam a ser desvendadas. A sua própria composição ainda é bastante desconhecida, pois, calcula-se que pelo menos 40% das suas espécies ainda não foram cultivadas. É também conhecida como flora indígena dos intestinos, microflora intestinal ou simplesmente flora normal dos intestinos. Em 1977, redefiniu-se a microbiota intestinal, dividindo-a em duas: autóctone e alóctone. A primeira corresponde a microbiota normal ou indígena e a segunda a microbiota transitória que passa pelos intestinos, mas não o coloniza como o faz à autóctone. Como funções da microbiota intestinal pode-se citar: a resistência à colonização por outros microrganismos, a imuno-modulação e a contribuição nutricional resultante das interações locais e dos metabólitos produzidos.
Palavras-chave: microbiota, gastrointestinal, bactéria, fungos, indígena, probióticos.
Normal microbiota of gastrointestinal tract
ABSTRACT
The intestinal term microbiota relates if to the essentially bacterial ecosystem that inhabits normally in the intestines of the man. In the birth, this microbiota is acquired in the canal of the childbirth, and its definitive composition is gotten around the two years of age having folloied the man for the remaining portion of its life. Microbiota intestinal plays innumerable functions, many of which now only start to be unmasked. Its proper composition still is sufficiently unknown, therefore, it calculates if that at least 40% of its species they had been not yet cultivated. Also it is known as normal flora of the intestines, intestinal microflora or simply normal flora of the intestines. It was redefined intestinal microbiota, dividing in two: resident and transitory. The first one corresponds microbiota normal and the second transitory a microbiota that it passes for the intestines, but does not colonize it makes as it to resident. As functions of microbiota intestinal it can be cited: the resistance to the settling for other microrganismos, the imuno-modulation and the resultant nutricional contribution of the local interactions and the produced metabolics.
1 INTRODUÇÃO
O termo microbiota intestinal refere-se ao ecossistema essencialmente bacteriano que reside normalmente nos intestinos do homem. No nascimento, essa microbiota é adquirida no canal do parto, e sua composição definitiva é obtida em torno dos dois anos de idade acompanhando o homem pelo resto de sua vida (Pelczar, 1996).
No adulto, o número de bactérias da microbiota intestinal é 10 vezes maior que o número de células que formam os nossos órgãos e tecidos, isto é, 1014 bactérias para 1013 células humanas (Tannock, 1995).
A microbiota intestinal desempenha inúmeras funções, muitas das quais somente agora começam a ser desvendadas. A sua própria composição ainda é bastante desconhecida, pois, calcula-se que pelo menos 40% das suas espécies ainda não foram cultivadas. A microbiota intestinal é também conhecida como flora indígena dos intestinos, microflora intestinal ou simplesmente flora normal dos intestinos. Em 1977, redefiniu-se a microbiota intestinal, dividindo-a em duas: autóctone e alóctone. A primeira corresponde a microbiota normal ou indígena e a segunda a microbiota transitória que passa pelos intestinos, mas não o coloniza como o faz à autóctone. Esses termos embora interessantes são pouco usados (Trabulsi & Sampaio, 2000).
As bactérias da microbiota intestinal são encontradas nos intestinos delgado e grosso, sendo o último o mais densamente colonizado. A concentração de bactérias no intestino delgado proximal é em torno de 104 unidades formadoras de colônias por mililitro (u.f.c./mL), sendo as espécies mais representativas as de estafilococos, estreptococos e lactobacilos. Raramente são encontradas bactérias anaeróbias. Já no íleo distal, o número de bactérias é bem maior (108 u.f.c./mL) e a microbiota torna-se bastante diversificada, uma vez que passa a abranger coliformes e várias espécies de bactérias anaeróbias como
Bacteroides, Fusobacterium e Clostridium. O
baixo potencial de oxi-redução no íleo explica a presença da microbiota anaeróbia nessa região. Depois da válvula ileocecal, a concentração bacteriana aumenta bruscamente, atingindo 1010-1011 u.f.c./mL do conteúdo intestinal. No
intestino grosso as bactérias anaeróbias superam as demais (facultativas e aeróbias) por um fator de 101-103. Predominam os Bacteroides,
Bifidobacterium e Fusobacterium. Os
Lactobacillus, Estreptococcus, Clostridium e Enterobacter são também bastante freqüentes
(Tannock, 1995).
Calcula-se que a microbiota intestinal compreenda em torno de 500 espécies pertencentes a 20 a 40 gêneros, mas desses somente em torno de 20 a 30 são representados de maneira significativa. Além da distribuição vertical/longitudinal descrita, a microbiota intestinal apresenta uma distribuição horizontal/tranversal que pode ser importante para a compreensão de algumas de suas características. Pelo menos três "habitats" podem ser considerados: luz intestinal, camada de muco e superfície epitelial. Desse modo, alguns membros da microbiota intestinal vivem livremente na luz intestinal e outros estão associados à camada de muco ou ao epitélio. As bactérias anaeróbias, que são as predominantes, formam camadas na mucosa intestinal. Embora a microbiota intestinal não inclua microrganismos de outras partes do tubo digestivo, seria interessante tecer alguns comentários sobre o estômago. Várias espécies de bactérias são encontradas nesse órgão, principalmente cocos gram-positivos, mais tolerantes à acidez gástrica. O número dessas bactérias é geralmente inferior a 103 u.f.c./mL. Como funções da microbiota intestinal pode-se citar: a resistência à colonização por outros microrganismos, a imuno-modulação e a contribuição nutricional resultante das interações locais e dos metabólitos produzidos. É importante destacar que a microbiota e suas funções podem ser perturbadas devido à antibióticoterapia, infecções e outros (Tannock, 1995).
Este trabalho teve como objetivo, descrever e caracterizar a microbiota normal do trato gastrointestinal, suas atribuições e especificidades. Dessa forma, buscou-se também diferenciar a microbiota residente da microbiota transitória, explicar quais áreas do corpo humano é normalmente habitada pelos microrganismos e listar os fatores que influenciam a população microbiana.
2. REFERÊNCIAL TEÓRICO
2.1 Microbiota Indígena do Trato Gastrintestinal
O trato gastrintestinal (TGI) dos mamíferos abriga uma comunidade microbiana que é extremamente densa e diversa, podendo ser colonizados por cerca de 1014 células microbianas indígenas procariotas e eucariotas (Savage, 1977, Zoetendal et al., 2001; Nicoli & Vieira, 2004; Kaper & Sperandio, 2005).
O conceito de intestino como o mais complexo ecossistema microbiano conhecido surge do fato de que mais de 75% do peso seco de produtos fecais são compostos por células bacterianas e que cada grama contém, aproximadamente, 1 x 1011 microrganismos de aproximadamente, 50 a 200 gêneros (Dunne, 2001).
Diversos tipos de microrganismos estão presentes no intestino. Bactérias são predominantes, mas uma variedade de protozoários é comumente encontrada. Fungos anaeróbios são amplamente distribuídos no trato gastrintestinal de herbívoros como também o são leveduras e bacteriófagos. Tem se estimado que, o cólon de alguns mamíferos, contém aproximadamente de 700 a 1000 espécies diferentes de bactérias e são caracterizadas por sua densidade, diversidade e complexidade de interações (Mackie et al., 1999; Dunne, 2001; Guarner & Malagelada, 2003; Kaper & Sperandio, 2005), embora estudos mais modernos indiquem que somente 30 a 40 destas espécies chegam a atingir níveis dominantes, onde possam ter funções para o hospedeiro que as aloja (Moore & Holdeman, 1974; Vaughan et al., 2000). Toda esta comunidade microbiana pode se localizar no lúmen, nas criptas de Lieberkuhn ou na superfície do epitélio intestinal em qualquer parte do trato digestivo (Savage, 1987) e seu estabelecimento e manutenção constituem um processo complexo que pode ser influenciado por vários fatores, como: dieta, idade, utilização de antibióticos, utilização de probióticos e prebióticos, ambiente, microbiota materna, via do parto, interações microbianas e interações microrganismo-hospedeiro e a presença de certos genes e receptores (Bourlioux et al., 2003; Mackie et al., 1999; Savage, 1999), além
de sua sucessão ecológica, demanda nutricional e tolerância oral (Van Der Waaij, 1989). Estes dados mostram que esta microbiota é um ecossistema imensamente complexo, que pode ser comparado a uma entidade funcional ou a um “órgão” dentro do hospedeiro (Nicoli, 1995).
Os processos envolvidos na aquisição e subseqüente estabelecimento de comunidades microbianas intestinais são complexos, envolvendo a sucessão de populações microbianas dentro de regiões específicas do intestino, além de interações microrganismo-hospedeiro (Dunne, 2001). Os animais nascem sem qualquer tipo de microrganismo associado, mas esta situação é apenas transitória. Por ocasião do nascimento uma colonização de superfícies internas e externas do corpo, incluindo a pele e as mucosas do trato respiratório superior, sistema urogenital inferior e trato digestivo ocorrem rapidamente após o parto com microrganismos oriundos da mãe, alimento e do ambiente. Durante o parto, o recém-nascido entra em contato com microrganismos da vagina e genitália externa da mãe, das fezes que são expelidas involuntariamente pela mãe e, finalmente, com outras fontes ambientais às quais é exposto (Savage, 1977; Ducluzeau, 1989; Mackie et al., 1999; Kleessen et al., 2000; Saarela et al., 2002; Nicoli & Vieira, 2004).
Muitos microrganismos não são capazes de colonizar “habitats” do trato de neonatos e desaparecem logo após o nascimento. Outros tipos de microrganismos são os pioneiros que criarão condições para a colonização de outros que eventualmente formarão a comunidade clímax no animal adulto. Quando os pioneiros colonizam os “habitats” estéreis, uma seqüência de eventos começa. Este processo pode ser interpretado como uma sucessão ecológica nos vários “habitats” por microrganismos indígenas. A seqüência de colonização é relativamente constante e característica em cada espécie animal com somente algumas variações dependendo do tipo de parto (cesariana ou natural), o tipo de alimento recebido (leite materno ou fórmula) e o grau de exposição ao ambiente (Simon Gorbach, 1984; Nicoli, 1995; Mackie et al., 1999; Mcfarland, 2000; Saarela et al., 2002; Guarner & Malagelada, 2003; Nicoli & Vieira, 2004). A partir do
momento que o número bacteriano aumenta, esses dois fatores – disponibilidade de alimento e espaço – ficam escassos, os “habitats” ficam ocupados por microrganismos mais especializados e a complexidade da biota aumenta (Falk et al., 1998).
A maioria dos microrganismos do trato digestivo é anaeróbia, como é o caso das bifidobactérias, ou microaerófila e, podem interagir antagonisticamente ou sinergisticamente (Fuller, 1992; Moore & Holdeman, 1974). Como conseqüência, os gêneros envolvidos na sucessão ecológica darão origem a uma comunidade clímax, que pode ser observada em indivíduos adultos, onde as condições ambientais e nutricionais não influenciam, de maneira significativa, a população dos microrganismos dominantes. São encontradas diferenças na composição dessa sociedade microbiana entre as diferentes espécies de mamíferos – por exemplo, entre ruminantes e não ruminantes e entre carnívoros e onívoros (Smith & Crabb, 1961).
O período inicial da colonização bacteriana no cólon acontece por aproximadamente umas duas semanas. As bactérias pioneiras predominantes variam de acordo com as espécies de hospedeiro, sugerindo que existem provavelmente alguns mecanismos de controle desenvolvidos por cada espécie para sua própria colonização (Nicoli, 1995; Kleessen et al., 2000). Em suínos podemos constatar a presença de Escherichia
coli e Lactobacillus. A microbiota relativamente
simples de recém-nascidos que se alimentam do leite materno permanece até que a suplementação da dieta se inicie. Existe, então, um período de transição contínua no qual a microbiota intestinal evolui para parecer-se com a do adulto (Savage, 1977; Goldin Gorbach, 1992; Nicoli, 1995; Mcfarland, 2000; Kleessen et al., 2000; Dunne, 2001; Saarela et al., 2002; Nicoli & Vieira, 2004).
A microbiota gastrintestinal varia quantitativamente, qualitativamente e metabolicamente em função da espécie animal, de localizações longitudinais e transversais e da idade do hospedeiro (Nicoli, 1995). Em suas descrições de fatores que influenciam a microbiologia do ambiente alimentar, Mackie et al. em 1999, afirmaram que as bactérias indígenas não são distribuídas aleatoriamente
por todo o trato gastrintestinal, mas, ao contrário, são encontradas em níveis populacionais e em distribuições de espécies que são característicos de regiões específicas do trato gastrintestinal (Dunne, 2001).
A distribuição de bactérias no intestino delgado reflete os números de bactérias que entram a partir do estômago e o mecanismo de clareamento do intestino delgado é principalmente a motilidade apresentada pelo mesmo. O intestino delgado mediano contém altas contagens de microrganismos anaeróbios facultativos e baixas contagens de anaeróbios estritos (Drasar, 1988; Nicoli, 1995; Kleessen et al., 2000). O peristaltismo intestinal é certamente um fator essencial responsável pela redução da microbiota no início do intestino delgado. Se o trânsito do bolo alimentar é normal, o tempo de residência das bactérias no intestino é menor que o tempo necessário para sua multiplicação e, portanto, elas não têm tempo suficiente para se proliferarem. Logo que a taxa de trânsito decai, como na parte distal do intestino delgado, e nas regiões do ceco e do cólon, os microrganismos se dividem antes de serem eliminados e seu número total aumenta (Ducluzeau, 1989).
Ácidos biliares, lisozima, enzimas digestivas e imunidade local também podem ter um papel no controle das populações microbianas no intestino delgado, mas este papel pode estar na determinação de quais bactérias sobrevivem no intestino e não no controle dos níveis destas populações (Drasar, 1988).
O intestino delgado distal (íleo) é considerado uma “zona de transição” entre a microbiota de níveis relativamente baixos dos dois terços proximais do intestino delgado e uma microbiota abundante do intestino grosso. Comparada à parte proximal do intestino delgado, a parte distal, com diminuição do peristaltismo e o baixo potencial de óxido-redução, mantém uma microbiota mais diversificada e com altos níveis populacionais (108 UFC/g de conteúdo intestinal) (Berg, 1996). No íleo distal, espécies Gram-negativo anaeróbias facultativas, como enterobactérias (E. coli) aparecem em níveis próximos a espécies Gram-positivo (Lactobacillus e
Enterococcus). Algumas espécies anaeróbias
Clostridium, estão em equilíbrio com as
espécies anaeróbias facultativas e sua população chega a 109 UFC/g de conteúdo (Drasar, 1988; Ducluzeau, 1989; Tannock, 1995; Dunne, 2001).
O intestino grosso é o principal sítio de colonização microbiana em animais, provavelmente por causa da baixa motilidade intestinal encontrada e o baixo potencial de óxido-redução. A taxa média de trânsito intestinal neste local é de aproximadamente 60-70 h. Interações bactéria-bactéria são um dos fatores mais importantes no controle da microbiota.
Metabólitos inibidores produzidos pela microbiota, tais como ácidos graxos voláteis e H2S são também determinantes ecológicos
significativos. A imunidade intestinal pode ter um importante papel na modulação das interações bactéria-mucosa (Drasar, 1988; Berg, 1996; Macfarlane Macfarlane, 1997; Kleessen et al., 2000). Os níveis populacionais de bactérias atingem cerca de 1010-1011 bactérias/g de conteúdo intestinal, com estimativa de 700-1000 espécies presentes, pertencentes a 50 a até 200 gêneros. No intestino grosso 99,9% da microbiota indígena são bactérias anaeróbias estritas e a maioria é extremamente sensível ao contato com oxigênio atmosférico (Ducluzeau, 1989; Berg, 1996; Dunne, 2001; Nicoli & Vieira, 2004; Kaper & Sperandio, 2005).
Diferenças drásticas podem ser observadas entre a microbiota do lúmen e da mucosa. Enquanto que o ambiente do lúmen pode ser anaeróbico, na mucosa algum nível de oxigênio pode vir dos tecidos, criando um ambiente microaerófilo. O lúmen só pode ser colonizado em áreas como o íleo e o intestino grosso, onde a velocidade do fluxo digestivo é inferior à velocidade de duplicação dos microrganismos. A variação na composição da microbiota em diferentes sítios do trato gastrintestinal tem implicações nas informações obtidas de amostras coletadas de diferentes sítios (Isolauri et al., 2004; Nicoli & Vieira, 2004).
Os diferentes componentes da microbiota gastrintestinal de animais estão presentes em diferentes níveis populacionais em um determinado tempo e em um determinado local. A distinção entre microbiota dominante e
sub-dominante de um lado e residual do outro é muito importante do ponto de vista funcional. Tem-se estabelecido experimentalmente que uma população microbiana no trato digestivo só tem efeito no hospedeiro quando ela está presente em níveis maiores que 107 – 108 UFC/g de conteúdo. Abaixo destes valores, a quantidade de metabólitos produzidos é insuficiente para agir no hospedeiro. Assim, todo microrganismo que tem um papel na fisiologia do hospedeiro pertence à microbiota dominante e subdominante (Ducluzeau, 1989; Nicoli & Vieira, 2004).
Apesar de alguma variação individual em nível de espécies, a microbiota digestiva dominante e sub-dominante permanece relativamente estável em nível de gênero numa espécie animal determinada. Por isso, existe um perfil específico da microbiota intestinal dominante para cada espécie animal. Por outro lado, a microbiota residual difere consideravelmente de um indivíduo para outro numa mesma espécie animal (Nicoli, 1995).
2.1.1 Funções da Microbiota Indígena
Os microrganismos que estão constantemente presentes nas superfícies corporais são comensais. A colonização destes, em determinadas áreas depende de fatores fisiológicos, como temperatura, umidade e presença de certos nutrientes e substâncias inibitórias. Sua presença não é essencial à vida do hospedeiro, visto que os animais “livres de germes” podem ser criados na ausência completa de uma microbiota normal. Contudo, a microbiota residente de certas áreas desempenha um papel bem definido na manutenção da saúde do hospedeiro (Tannock, 1995).
Nas mucosas e na pele, a microbiota residente pode impedir a colonização por patógenos e o possível desenvolvimento de doença por meio de “interferência bacteriana”. O mecanismo da interferência bacteriana não está bem esclarecido. Pode envolver a competição por receptores ou sítios de ligação (adesão) nas células do hospedeiro, a competição por nutrientes, a inibição mútua por produtos metabólicos ou tóxicos, a inibição mútua por substâncias antibióticas ou bacteriocinas ou outros mecanismos. Além dos mecanismos já citados, pode-se observar
também que a microbiota normal possui função imunomoduladora, fazendo com que o organismo do hospedeiro esteja preparado para o combate efetivo de patógenos. A estimulação da imunidade local quer a específica, quer os mecanismos naturais de defesa, pode constituir uma das explicações para os resultados benéficos do uso de probióticos no tratamento e na prevenção de alguns tipos de doenças diarréicas. A supressão da microbiota normal cria claramente um local parcialmente vazio que tende a ser preenchido por microrganismos provenientes do ambiente ou de outras partes do corpo. Estes microrganismos comportam-se como oportunistas e podem tornar-se patógenos (Gibson & Robertfroid, 1995).
Por outro lado, os próprios membros da microbiota normal podem provocar doença em certas circunstâncias. Estes microrganismos estão adaptados ao modo de vida não-invasivo, definido pelas limitações do meio ambiente. Se forem retirados à força das restrições desse ambiente e introduzidos na corrente sanguínea ou em tecidos, esses microrganismos podem tornar-se patogênicos. De forma geral, os microrganismos da microbiota residente normal são inócuos e são benéficos na sua localização normal no hospedeiro e na ausência de anormalidades concomitantes (Gorbach & Simon, 1987).
Algumas das funções da microbiota intestinal têm considerável importância para o hospedeiro. Elas incluem a resistência à colonização, a modulação do sistema imune e participação na nutrição do hospedeiro (Mcfarland, 2000). As bactérias intestinais são importantes na conversão dos pigmentos e ácidos biliares, na absorção de nutrientes e produtos de degradação e no antagonismo a patógenos microbianos (Naidu et al., 1999; Rolfe, 1984; Silverman et al., 1999). Entretanto, a microbiota intestinal também produz amônia e outros produtos de degradação que são absorvidos, podendo contribuir para o coma hepático (Savage, 1977).
2.1.1.1 Resistência à Colonização
Bactérias residentes são uma linha crucial de resistência à colonização do trato gastrintestinal por microrganismos exógenos e, portanto, são altamente relevantes na prevenção
da invasão de tecidos por patógenos e microrganismos oportunistas (Guarner & Malagelada, 2003).
A resistência à colonização pode ser definida como a “ação limitante” da microbiota normal na colonização do intestino por microrganismos potencialmente patogênicos exógenos e indígenas, tais como E. coli,
Enterococcus, e leveduras (Vollaard &
Clasener, 1994; Isolauri et al., 2004; Nicoli & Vieira, 2004).
São vários os critérios empregados para definir o efeito de uma barreira microbiana. Quando uma linhagem, chamada “linhagem alvo”, encontra uma barreira formada por uma ou mais “linhagens inibitórias”, surgem várias conseqüências. Um efeito barreira exercido por linhagens inibitórias é denominado drástico, se a linhagem alvo é eliminada completamente. É denominado permissivo, se a linhagem alvo é mantida dentro do trato gastrintestinal em nível populacional menor que aquele atingido na ausência de uma barreira. O efeito barreira é chamado de curativo, se a linhagem alvo é eliminada ou suprimida pelas linhagens inibitórias, indiferentemente da ordem de administração. É chamado de preventivo, se o efeito ocorre somente quando a linhagem alvo é inoculada depois das linhagens inibitórias. Dependendo do tipo de linhagens presentes, o efeito barreira pode ser intra-específico quando as ditas alvo e inibitórias pertencem à mesma espécie, ou interespecífico, quando elas pertencem a espécies diferentes (Ducluzeau & Raibaud, 1989; Kleessen et al., 2000; Nicoli & Vieira, 2004).
A resistência à colonização é mais aparente em dois “habitats” do trato intestinal: os conteúdos do lúmen e as superfícies da mucosa. Nos conteúdos do lúmen, o mais importante mecanismo de resistência é a produção por componentes da microbiota de metabólitos tóxicos, tais como ácidos graxos de cadeia curta e de substâncias antibacterianas, como bacteriocinas, que suprimem a multiplicação de patógenos (Vandenberg, 1993). Competição entre componentes da microbiota e patógenos por nutrientes presentes em quantidades limitadas parece funcionar primariamente para regular as populações de componentes indígenas estabelecidos, tais como
mecanismo de resistência de suma importância é a ocupação por componentes da microbiota de sítios de adesão utilizados por organismos patogênicos. Existe um grande interesse em se determinar qual, ou quais, membros das numerosas espécies de microrganismos presentes no intestino são responsáveis pela resistência à colonização. Muitos estudos sustentam o papel de microrganismos anaeróbios como os principais microrganismos responsáveis pela resistência à colonização. Deve-se notar que a resistência à colonização não é promovida exclusivamente pela microbiota intestinal. Pode também ser mediada por fatores anatômicos e fisiológicos incluindo a integridade da mucosa, salivação, secreção de imunoglobulina do tipo IgA, produção de ácido gástrico, descamação de células da mucosa, e motilidade gastrintestinal normal. Parece, entretanto, que os sistemas anatômicos e fisiológicos de resistência do hospedeiro à colonização não são capazes de manter a concentração de microrganismos potencialmente patogênicos sob controle se a microbiota normal estiver ausente ou for perturbada (Vollaard & Clasener, 1994; Hentges, 1992; Mcfarland, 2000; Guarner & Malagelada, 2003).
2.1.1.2 Imunomodulação
O trato digestivo é o maior órgão linfóide do organismo. A sua área é de cerca de 300 m2 e o tecido linfóide associado ao intestino contém a maior coleção de moléculas imunogênicas provenientes da microbiota e da dieta (Guarner & Malagelada, 2003; Nicoli & Vieira, 2004).
A microbiota indígena também estimula o desenvolvimento do sistema imune do hospedeiro (Berg, 1996). Este fenômeno é, de fato, a segunda maior função da microbiota autóctone: a manutenção constante do sistema imune num estado ativado. Células M do tecido linfóide associado ao intestino têm a capacidade de ativamente englobar partículas desde pequenas proteínas a bactérias e protozoários. Este material é transportado da superfície apical da célula à basolateral onde é apresentado às células linfóides. A presença da microbiota normal pode, também, reduzir a resposta a certos antígenos, estimulando células
repressoras. Essa modulação antigênica constante permitiria manter o sistema imune intestinal sempre pronto para responder rapidamente e de maneira adequada a uma agressão microbiana (Pappo Ermak, 1989; Nicoli, 1995; Isolauri et al., 2004).
A microbiota deve, portanto, ser considerada como tendo uma função global de imunomodulação (imunoestimulação contra possíveis agressores microbianos e imunoaceitação, por exemplo, da própria microbiota indígena). A função de imunomodulação, juntamente com a resistência à colonização, desenvolvida pela microbiota normal são essenciais para um hospedeiro que vive num ambiente onde estão presentes inúmeros microrganismos patogênicos (Fuller, 1989; Bottcher et al., 2000; Wills-Karp et al., 2001).
Em adultos, a imunidade pode ser constantemente reformada por persistentes interações entre o hospedeiro e seus microrganismos. Organismos comensais tentam escapar da resposta imune. A diversidade de antígenos de superfície parece permitir com que o organismo escape e mantenha um nicho ecológico de predominância no trato intestinal (Guarner & Malagelada, 2003).
A microbiota intestinal é a fonte quantitativamente mais importante de estimulação microbiana da maturação do sistema imune e pode promover um primeiro sinal para desenvolver um balanço nas respostas imunológicas normais (Bottcher et al., 2000; Wills-Karp et al., 2001). Como a microbiota determina a maturação do sistema imune, mudanças na sua composição como conseqüência de um estilo de vida e dieta alteradas, podem ter um importante papel em doenças alérgicas e outras dependentes de respostas imunes efetivas (Bottcher et al., 2000).
2.1.1.3 Contribuição Nutricional
Comparações entre linhagens congênitas de ratos criados sob condições convencionais (com uma microbiota normal), sob condições inicialmente de ausência de germe e depois colonizadas com certos componentes da microbiota (“ex-germ-free”) demonstraram que as bactérias são responsáveis por um grande
número de funções bioquímicas (Midtvedt, 1986; Midtvedt et al., 1987).
A microbiota intestinal tem um considerável papel no metabolismo de várias substâncias presentes no trato gastrintestinal do hospedeiro. A atividade metabólica da microbiota indígena é potencialmente semelhante à atividade metabólica do fígado. Estes processos metabólicos podem ser benéficos ou nocivos para o hospedeiro (Walker & Duffy, 1998).
A maior fonte de nutrientes para a microbiota está no trato intestinal inferior e os substratos disponíveis podem incluir fibras da dieta, oligossacarídeos, açúcares, alguns lipídeos e proteínas. Outra fonte de nutrientes está dentro do próprio cólon e inclui mucinas, tecidos epiteliais e enterócitos, ácidos biliares e colesterol. A microbiota intestinal sintetiza vitamina do complexo B e vitamina K, as quais são utilizadas pelo hospedeiro. Estas vitaminas são produzidas por uma ampla variedade de bactérias intestinais, incluindo Bacteroides,
Eubacterium, Propionibacterium,
Fusobacterium, Bifidobacterium, Lactobacillus,
Clostridium, Enterobacterium, Veillonella,
Enterococcus e Streptococcus. São sintetizadas
no cólon e, por esta razão, é provavelmente mais efetiva em animais coprofágicos. O fornecimento de ácidos graxos voláteis tais como ácido acético, butírico e propiônico também é uma característica comum da comunidade clímax, embora as espécies responsáveis ainda sejam pouco conhecidas. Estes ácidos graxos são os principais produtos do metabolismo bacteriano e são os produtos finais da fermentação de carboidratos (polissacarídeos complexos da dieta, açúcares e carboidratos endógenos como as mucinas). O ácido acético e o propiônico, são rapidamente absorvidos e são a principal fonte de energia para os tecidos periféricos (acetato) e para o fígado (propionato). O ácido butírico tem várias funções incluindo manutenção da integridade da camada epitelial, como uma fonte de energia para estas células e regulação do crescimento e da diferenciação celular (Rowland, 1992; Carman et al., 1993; Nicoli, 1995; Berg, 1996; Falk et al.,1998; Mcfarland, 2000; Dunne, 2001; Guarner & Malagelada, 2003; Isolauri et al., 2004).
2.2 Variação da Microbiota e de suas Funções
Os níveis populacionais e os tipos de microrganismos nas comunidades clímax do ecossistema gastrintestinal, e as sucessões destas comunidades, são regulados por processos multifatoriais. Algumas forças regulatórias do processo de instalação da microbiota são exercidas pelo ambiente, outras são exercidas pelo próprio ecossistema hospedeiro-microbiota (Savage, 1977).
2.2.1 Fatores Exógenos
Com relação aos fatores externos ou exógenos, algumas evidências sugerem que certas influências do ambiente de um hospedeiro podem alterar a composição da microbiota. Estas influências são muitas vezes passíveis de alteração para se promover o bem estar do hospedeiro.
Estímulos que induzem fortes emoções ou condições estressantes em animais podem alterar a composição da biota fecal. Alterações na pressão do ar durante mudanças de altitude podem mudar a composição da biota fecal em camundongos e outros mamíferos. Tais fatores indubitavelmente alteram a fisiologia do animal, a qual altera, então, a composição das comunidades da microbiota. Qualquer mudança fisiológica que aumente ou diminua o peristaltismo, a quantidade de ácido clorídrico secretado no estômago ou mesmo o muco secretado ao longo do trato, poderá alterar as comunidades microbianas nos “habitats” locais (Savage, 1977).
Há controvérsia quanto ser ou não a dieta do hospedeiro um fator importante na regulação da composição de comunidades microbianas indígenas. Parece que o hospedeiro animal é mais susceptível a mudanças na microbiota condicionadas pela dieta durante o período pré-desmame que depois do desmame (Quigley, 2000).
A instalação completa da microbiota e o desenvolvimento das defesas do animal contra patógenos podem ter um efeito estabilizante. Se o hospedeiro é bem alimentado com nutrientes na idade adulta, mudanças na dieta podem não afetar os principais componentes da microbiota.
Por outro lado, dietas parcialmente ou completamente sintéticas, nas quais os nutrientes são bem menos balanceados que na dieta natural, podem precipitar uma mudança maior na microbiota do hospedeiro. O metabolismo bacteriano pode ser influenciado pela dieta, em particular por materiais não digeríveis da parede celular das plantas (Savage, 1977; Gordon & Pesti, 1971; Mallet & Rowland, 1988; Nicoli, 1995; Mcfarland, 2000; Isolauri et al., 2004; Nicoli & Vieira, 2004). A influência da dieta na microbiota no trato digestivo pode ser devida a mudanças na implantação, multiplicação e atividades bioquímicas dos microrganismos (Savage, 1977, Ducluzeau, 1989; Hill, 1990; Hill, 1997).
O tratamento de animais com antibióticos, particularmente por via oral, frequentemente resulta na supressão de alguns, embora não de todos os componentes da microbiota normal intestinal e de suas atividades metabólicas, produzindo as mudanças mais rápidas e drásticas na microbiota normal. A extensão da supressão da microbiota depende parcialmente da especificidade do antibiótico usado e da resistência das bactérias intestinais (Saavedra, 2000; Nicoli & Vieira, 2004).
De todas as influências exógenas, os agentes antimicrobianos são capazes de causar as mais rápidas e drásticas mudanças na microbiota normal. Por causa da perturbação que muitas drogas antibacterianas provocam no ecossistema intestinal, a resistência à colonização pode ser diminuída ou perdida. A suplementação da ração animal com níveis subterapêuticos de antibióticos tem sido usada extensivamente por aumentar a taxa de crescimento, especialmente em frangos e suínos. Tal exposição indiscriminada de animais a antibióticos tais como penicilina e tetraciclina, exerce uma pressão seletiva no ambiente intestinal o que permite a proliferação de linhagens bacterianas resistentes a drogas, particularmente E. coli e Enterococcus. Animais tratados com antibióticos podem também exibir uma frequência aumentada de organismos resistentes a antibióticos no intestino (Mallet Rowland, 1988; Nicoli, 1995; Kleessen et al., 2000; Nicoli & Vieira, 2004).
2.2.2 Fatores Endógenos
Quanto aos fatores endógenos exercidos pela interação hospedeiro-microbiota, ao contrário dos fatores exógenos, não podem ser modificados e incluem pH intestinal, peristaltismo, a idade do hospedeiro, substâncias produzidas pela microbiota, competição entre os microrganismos por nutrientes, entre outros.
A concentração de íons de hidrogênio no estômago é o principal fator exercido pelo hospedeiro, que dita quais tipos de microrganismos podem colonizar “habitats” epiteliais e do lúmen (Savage, 1977; 1987; Kleessen et al., 2000).
O peristaltismo é um forte fator que previne comunidades microbianas de se desenvolverem no lúmen das regiões medianas e superiores do intestino delgado. O movimento da mucosa intestinal devido à contração muscular é uma força ambiental que afeta células microbianas no trato gastrintestinal. Os microrganismos respondem a esta força colonizando as superfícies epiteliais. Em alguns “habitats” epiteliais, os microrganismos residentes colonizam a superfície aderindo-se a ela. Em outros, os residentes são móveis e formam uma comunidade na camada mucosa que recobre a superfície intestinal. Entretanto, organismos que aderem a superfícies epiteliais ou colonizam o muco, somente são encontrados em superfícies específicas de regiões particulares do trato intestinal (Savage, 1977; 1987).
A idade do hospedeiro pode ser um importante fator endógeno, mas não se sabe ao certo qual a relação deste parâmetro e a composição da microbiota do trato gastrintestinal (Mcfarland, 2000; Hopkins et al., 2001).
Populações microbianas em comunidades clímax exercem fortes forças diretas para manter a estabilidade da estrutura de suas comunidades. Estes fatores (gerados pelas células microbianas que influenciam outras células microbianas) são complexos e diferem de comunidade para comunidade. O conhecimento dos mecanismos pelos quais eles funcionam é importante, visto que são forças poderosas que regulam a colonização de microrganismos alóctones num determinado “habitat” em um ecossistema gastrintestinal particular. Tais forças podem incluir bacteriocinas e antibióticos, competição
nutricional, produtos metabólitos tóxicos tais como ácidos graxos voláteis, ácido láctico e H2S, manutenção do baixo potencial de
óxido-redução e a competição por adesão às superfícies epiteliais. Existem também fenômenos sinergísticos entre bactérias dessa microbiota (Savage, 1977; 1987).
O ecossistema gastrintestinal contribui para a regulação da composição e localização de suas comunidades não somente diretamente, mas, também, por alterar respostas fisiológicas do hospedeiro que podem estar envolvidas nos processos regulatórios. Microrganismos intestinais desconjugam e alteram ácidos biliares, induzem respostas imunológicas e modificam os carboidratos de superfície do epitélio gastrintestinal do hospedeiro que podem ser fatores para regulação da composição da microbiota. A microbiota também estimula o peristaltismo, o qual influencia na colonização do trato digestivo, especialmente, no intestino delgado (Savage, 1977).
Populações de linhagens individuais de bactérias indígenas são controladas dentro dos “habitats” intestinais pela competição por dois ou mais substratos nutricionais. Estes substratos nutricionais podem derivar da dieta do hospedeiro, de compostos endógenos produzidos pelo hospedeiro ou de produtos metabólicos dos microrganismos. A capacidade de microrganismos de algumas espécies utilizarem como principal substrato nutricional (por exemplo, fontes de energia, carbono e nitrogênio) os produtos de outros microrganismos envolve sinergismo nutricional. Neste fenômeno, uma população de uma linhagem microbiana pode expandir em tamanho pela utilização, como nutrientes, de um ou mais metabólitos produzidos por células de outra linhagem (Savage, 1977; 1987).
A adesão de alguns microrganismos em superfícies epiteliais é um importante fator que controla a composição não somente das comunidades epiteliais, mas também, das comunidades do lúmen. Em algumas áreas do trato gastrintestinal, populações microbianas no lúmen estão sujeitas a serem reduzidas ou eliminadas quando o alimento passa próximo a estas áreas. Algumas espécies de bactérias têm estruturas de adesão diversificadas na sua superfície, referidas como adesinas, as quais permitem o reconhecimento de estruturas nos
enterócitos da mucosa. Sendo assim a bactéria é capaz de aderir na parede intestinal em particular, e multiplicar-se ali enquanto resiste ao peristaltismo. No intestino grosso outras bactérias aderem à mucosa, direcionadas por um mecanismo quimiotáxico que atrai a bactéria em direção à camada de muco onde ela se adere. A adesão a partículas presentes nos conteúdos intestinais também é observada (Savage, 1987; Ducluzeau, 1989; Mcfarland, 2000).
Interações microbianas, especialmente no cólon, são importantes para definir a microbiota indígena. Bactérias anaeróbias facultativas utilizam o oxigênio disponível que se difunde no lúmen e reduzem o potencial de óxido redução. Estas atividades criam condições para que bactérias anaeróbias estritas possam colonizar as áreas nas quais são encontradas, especialmente durante a sucessão, em animais recém-nascidos (Savage, 1987; Simon Gorbach, 1982).
Algumas substâncias produzidas pelo animal podem regular a composição da microbiota em vários “habitats”. Alguns tipos microbianos no ecossistema gastrintestinal podem utilizar mucina como fonte de carbono e energia. Várias espécies bacterianas isoladas de canais gastrintestinais de animais produzem enzimas que hidrolisam mucinas. Mucina e uréia podem ser substratos nutricionais particularmente importantes, especialmente para bactérias que colonizam “habitats” de superfícies epiteliais (Savage, 1977; 1987). A influência de secreções entéricas na composição da microbiota intestinal não está bem clara. Nem o suco entérico nem o pancreático parecem ter um efeito antibacteriano (Simon Gorbach, 1982).
Os fatores genéticos que determinam a composição das populações microbianas intestinais de seres humanos e animais não são bem conhecidos, embora alguns autores tenham concluído que eles são importantes (Mccartney et al., 1996). Dados preliminares demonstram que é de fundamental importância, entender o ecossistema digestivo para que assim, possa permitir uma possível intervenção nos seus equilíbrios populacionais e funções. As observações de Van der Waaij et al., em 1983, definiram o termo de resistência à colonização e descreveram uma variação funcional deste fenômeno de um indivíduo para outro em seres
humanos (o que pode ser aplicado para outras espécies animais). Na época, não conseguiram explicar porque certos indivíduos possuem um ecossistema digestivo extremamente resistente à colonização por bactérias patogênicas enquanto outros são freqüentemente sujeitos aos problemas intestinais infecciosos. De um ponto de vista aplicado, essas respostas poderiam também levar a uma possibilidade de intervenção para modificar (por meio de probióticos e prebióticos) essas situações.
3 CONCLUSÕES
De acordo com seguintes fontes bibliográficas analisadas para realização do presente trabalho, considerou - se que a microbiota indígena do trato gastrintestinal é rica em diversidade.
E tem papel considerável importante para o hospedeiro quando presente em níveis tolerante, que corresponde entre 107 – 108 UFC/g de conteúdo. Abaixo destes valores, a quantidade de metabólitos produzidos é insuficiente para atingir o hospedeiro. Assim, todo microrganismo que tem papel na fisiologia do hospedeiro pertence à microbiota dominante e subdominante.
Outra consideração vem de estudo que relatam que o cólon de alguns mamíferos, contém aproximadamente de 700 a 1000 espécies diferentes de bactérias e são caracterizadas por sua densidade, diversidade e complexidade de interações, embora estudos mais modernos indiquem que somente 30 a 40 destas espécies chegam a atingir níveis dominantes, onde possam ter funções para o hospedeiro que as aloja. Toda esta comunidade microbiana se localiza em qualquer parte do trato digestivo e seu estabelecimento e manutenção constituem um processo complexo que pode ser influenciado por vários fatores, como: dieta idade, utilização de antibióticos, utilização de probióticos e prebióticos, ambiente, microbiota materna, via do parto, interações microbianas e interações microrganismo-hospedeiro e a presença de certos genes e receptores além de sua sucessão ecológica, demanda nutricional e tolerância oral. Há alguns fatores importantes para que esta microbiota exerça suas funções como as
bactérias residentes que são uma linha crucial de resistência à colonização do trato gastrintestinal por microrganismos exógenos e, portanto, são altamente relevantes na prevenção da invasão de tecidos por patógenos e microrganismos oportunistas.
Outra função de grande importância é que a microbiota indígena também estimula o desenvolvimento do sistema imune do hospedeiro. Este fenômeno é, de fato, a segunda maior função da microbiota autóctone: a manutenção constante do sistema imune num estado ativado. Respondendo rapidamente e de maneira adequada a uma agressão microbiana.
Os níveis populacionais e os tipos de microrganismos nas comunidades clímax do ecossistema gastrintestinal, e as sucessões destas comunidades, são regulados por processos multifatoriais “chamados fatores exógenos e endógenos”. Sendo assim algumas forças regulatórias do processo de instalação da microbiota são exercidas pelo ambiente, outras são exercidas pelo próprio ecossistema hospedeiro-microbiota.
Então de acordo com alguns autores é muito importante o conhecimento deste ecossistema. Dados preliminares demostram que é de fundamental importância, entender o ecossistema digestivo para que assim, possa permitir uma possível intervenção nos seus equilíbrios populacionais e funções.
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[1] Doutor. Departamento de Microbiologia, Instituto de
Ciências Biológicas, UFMG. E-mail: fhfb@globo.com
[2] Doutor. Departamento de Pediatria, Faculdade de
Medicina, Universidade Federal de Minas Gerais; Departamento de Microbiologia, Instituto de Ciências Biológicas, UFMG. E-mail: flavianosmartins@yahoo.fr
[3] BSc., Especialista. Departamento de Microbiologia,
Instituto de Ciências Biológicas, UFMG.
[4] Doutor, Professor Titular. Departamento de Microbiologia, Instituto de Ciências Biológicas, UFMG. C.P. 486, 30161-970, Belo Horizonte, MG, Brasil. Fax: + 55 31 3499 2730. Tel: + 55 31 3499 2757. E-mail: jnicoli@icb.ufmg.br
