Desmatamento favorece ação de fungo que dizima anfíbios

20 de março de 2018

Peter Moon  |  Agência FAPESP – Pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (Unesp) estão investigando como o desflorestamento pode afetar a ação de patógenos que causam doenças como a quitridiomicose, que tem devastado populações de sapos e rãs no mundo nas últimas décadas.

Pesquisadores investigam relação entre o desflorestamento e a quitridiomicose, doença que tem devastado populações de sapos e rãs em vários países (foto: Guilherme Becker) 

 

Em artigo publicado na revista Proceedings of the Royal Society of London B – Biological Sciences os pesquisadores analisaram como a interação entre o desmatamento e o microbioma da pele pode afetar os anfíbios atingidos por fungos como o Batrachochytrium dendrobatidis, causador da quitridiomicose.

“Existe a suspeita de que esse fungo possa ter mais dificuldade de se estabelecer e proliferar em um animal cuja biota cutânea encontra-se íntegra”, disse Célio Haddad, professor do Instituto de Biociências da Unesp. A pesquisa integra o Projeto Temático “Diversity and conservation of Brazilian amphibians”, coordenado por Haddad e financiado pela FAPESP no âmbito do programa BIOTA.

O microbioma funciona como uma espécie de ecossistema que dificulta a ação de patógenos invasores. Para verificar qual seria a composição do microbioma na pele dos anfíbios da Mata Atlântica, habitando áreas de mata contínua ou mata degradada, os pesquisadores precisavam escolher uma espécie que não fosse exclusiva e que vivesse em ambas.

Precisaria também ser uma espécie com certo grau de tolerância ao fungo Batrachochytrium dendrobatidis, ou Bd. Ou seja, uma espécie cujo maior ou menor grau de tolerância individual pudesse ser associada à diversidade do microbioma cutâneo de cada indivíduo e avaliada de acordo com o local que habita.

A candidata eleita foi a pererequinha-do-brejo (Dendropsophus minutus), com moderada tolerância ao fungo e distribuição ampla na Mata Atlântica, tanto em ambientes de mata fechada como em áreas fragmentadas ou abertas.
Em 2010, os pesquisadores estudaram 10 populações de D. minutus em áreas da Mata Atlântica em São Luiz do Paraitinga (SP) e outras 10 populações da Mata de Araucárias, na Serra Gaúcha, em áreas degradadas e íntegras.
Foram amostrados cerca de 600 indivíduos. Entre esses, foram selecionados 187 indivíduos para estudo molecular. “Usamos luvas descartáveis para manusear cada animal, que foram limpos em campo com água destilada. Em seguida, usamos cotonetes para coletar material cutâneo de cada espécime, que foi armazenado em frascos estéreis”, disse outro autor do estudo, Guilherme Becker, pós-doutorando na Unesp na época e atualmente professor visitante do PPG de Ecologia da Unicamp.

Foi realizado o sequenciamento genético do material cutâneo coletado de cada indivíduo. “O processo gerou uma lista de bactérias presentes em cada indivíduo e em qual abundância. O resultado foi uma base de dados enorme, uma vez que cada indivíduo tinha centenas de bactérias”, disse Becker.
Os pesquisadores empregaram técnicas estatísticas para estabelecer relações e inferir padrões na base de dados. “Pela abordagem molecular, podemos verificar a carga de infecção do patógeno em relação à diversidade da biota cutânea de cada indivíduo. A partir daquele banco de dados, conseguimos gerar outros índices de diversidade, como o número de espécies de bactérias, sua abundância relativa e sua diversidade filogenética”, disse Becker.

Haddad conta que foi observado, em áreas abertas ou degradadas, que a composição do microbioma cutâneo é menos diversificada em termos de espécies de bactérias e menos homogênea entre os indivíduos.

“Em contraposição, nas áreas de floresta íntegra a composição do microbioma mostrou-se mais homogênea entre os indivíduos e mais diversificada em termos de microrganismos”, disse.
Os autores do estudo constataram que nas pererequinhas-do-brejo dos ambientes de floresta natural a diversidade do microbioma era maior. “O desmatamento diminuiu a diversidade da microbiota cutânea das pererequinhas, mas é difícil afirmar categoricamente que este empobrecimento da microbiota aumenta o risco de infecção pelo fungo”, disse Becker.

O pesquisador explica que, uma vez que um anfíbio é infectado pelo fungo Bd, a quantidade de bactérias aumenta muito em um primeiro momento, talvez pelo comprometimento do sistema imune causado pelo ataque de bactérias oportunistas.

“Os animais começam a ficar doentes, a pele fica mais grossa, o fungo cobre a pele. Uma vez que eles ficam muito doentes a carga de bactérias despenca. É um sinal ruim.

Significa que o microbioma está em disbiose [ou em crise]. Quando a quantidade de bactérias cai dramaticamente, o anfíbio geralmente morre”, disse Becker.
A ecologia da quitridiomicose é ainda mais complexa. O fungo Bd se espalha pelo meio ambiente por meio de esporos suspensos na água de lagoas e rios.

“É uma das piores epidemias atuais. Nenhuma outra doença de vertebrados atua como o fungo Bd. Trata-se de um patógeno generalista que prolifera melhor nos ambientes naturais, o que não favorece em nada os anfíbios. Por isso a quitridiomicose é tão devastadora”, disse Becker.

Endêmica na Mata Atlântica

A quitridiomicose está dizimando não apenas as espécies conhecidas de anfíbios, mas centenas ainda desconhecidas da ciência. Na doença, o fungo Bd se instala na pele, afetando a respiração e a fisiologia dos hospedeiros. O Bd é endêmico na Mata Atlântica brasileira, onde infecta inúmeras espécies, com maior ou menor suscetibilidade.

A suscetibilidade dos anfíbios ao fungo Bd varia bastante. Há espécies muito tolerantes, como é o caso da rã-touro norte-americana (Lithobates catesbeianus), espécies com tolerância intermediária e muitas outras onde a mortalidade pode chegar a 100%. A doença está espalhada pelas três Américas, mas também atinge a Austrália, Europa, Nova Zelândia e partes da África.

Os anfíbios apresentam mais de um sistema respiratório. Na fase do girino, respiram por meio de brânquias, como os peixes. Já na fase adulta, os anfíbios dependem principalmente da respiração cutânea, que podem associar ou não, dependendo do grupo, à respiração pulmonar e à respiração por meio da cavidade oral.

Quando o fungo Bd se instala na pele, ele ataca a queratina, principal proteína constituinte do tecido cutâneo, levando a uma maior impermeabilidade da pele do anfíbio, o que interfere na troca de gases com o meio ambiente.
A quitridiomicose atualmente é endêmica na Mata Atlântica brasileira, ainda que aqui ela ainda não seja tão devastadora como nas matas da Costa Rica, por exemplo, onde diversas espécies de anfíbios já desapareceram. Há relatos de pesquisadores dando conta de áreas antes livres da doença e que, em um ano, encontravam-se repletas de anfíbios, e no ano seguinte não se achou mais nenhum.

Não se sabe ao certo a razão pela qual a quitridiomicose é mais severa na Costa Rica e, aparentemente, mais branda entre as populações de anfíbios da Mata Atlântica. Talvez nem sempre tenha sido assim. Sabe-se que, no final dos anos 1970, houve um grande declínio entre as populações de anfíbios da Mata Atlântica.

“No fim da década de 1970 observamos o pico da prevalência do fungo Bd na pele de anfíbios depositados em museus, em relação aos animais depositados antes ou depois. Possivelmente, foi esse fungo que causou os declínios de populações de anfíbios na Mata Atlântica daquela época. Tudo isso coincide com declínios em massa ocorridos na mesma época em outros locais, como os Estados Unidos, os Andes e a Austrália”, disse Becker.

Segundo ele, o próximo passo da pesquisa é identificar se existem bactérias do microbioma dos anfíbios que conferem maior resistência à proliferação do fungo Bd na Mata Atlântica. Ao descobrir qual agente combate o fungo, pode ser possível formular probióticos para tentar proteger populações de anfíbios endêmicos ainda não afetadas, ajudando o microbioma a combater o fungo.
O artigo Land cover and forest connectivity alter the interactions among host, pathogen and skin microbiome (doi: 10.1098/rspb.2017.0582), de C. G. Becker, A. V. Longo, C. F. B. Haddad e K. R. Zamudio, está publicado em http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/284/1861/20170582. 

 

 

Bactérias do intestino podem ser gatilho para o diabetes tipo 1

Agosto de 2016

Karina Toledo | Agência FAPESP – Estudos recentes têm mostrado que portadores de diabetes frequentemente apresentam um desequilíbrio entre as bactérias benéficas e as patogênicas que compõem a microbiota intestinal – condição conhecida como disbiose, potencialmente maléfica ao organismo. Não está claro, contudo, se isso é uma das causas ou uma consequência dessa doença metabólica.

Novas evidências publicadas por pesquisadores brasileiros no Journal of Experimental Medicine sugerem que, quando bactérias intestinais conseguem escapar para os gânglios linfáticos localizados próximos ao pâncreas – devido a alterações de permeabilidade da parede do intestino causadas pelo processo de disbiose –, elas podem ativar certos receptores existentes em células do sistema imune inato (primeira linha de defesa do organismo), particularmente nos macrófagos e nas células dendríticas.

Ilhota pancreática com reduzida marcação de insulina do grupo de roedores tratados com STZ, antibiótico e MDP, mostrando o processo de destruição contra as células beta produtoras de insulina (Imagem: Divulgação).

 

 Segundo os autores, essa ativação induziria uma condição pró-inflamatória no organismo e favoreceria o desenvolvimento de uma resposta imunológica direcionada (adaptativa) às células beta produtoras de insulina no pâncreas – processo que resulta no chamado diabetes tipo 1 ou autoimune.

“A fase final de desenvolvimento do diabetes tipo 1 já é bem compreendida. Sabe-se que o sistema imune, em um dado momento, passa a considerar as células beta do pâncreas como algo estranho ao organismo. Consequentemente, células específicas conhecidas como linfócitos T são ativadas e anticorpos são produzidos para destruir as produtoras de insulina. Porém, ainda não está claro quais são os gatilhos acionados no sistema imune inato para induzir a resposta imune adaptativa. Neste estudo, mostramos que há envolvimento de um receptor intracelular chamado NOD2”, contou Daniela Carlos, pesquisadora da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto, da Universidade de São Paulo (FMRP-USP), e coordenadora da pesquisa apoiada pela FAPESP.

As conclusões apresentadas no artigo são baseadas em experimentos com camundongos realizados durante o mestrado de Frederico R. C. Costa, sob orientação de Daniela e com a colaboração do professor da FMRP-USP João Santana Silva.

Nos ensaios, o grupo observou que camundongos modificados geneticamente para não expressar a proteína NOD2 eram resistentes ao desenvolvimento do diabetes tipo 1 mesmo quando desafiados com um estímulo químico.
“Para induzir diabetes em roedores sadios no laboratório é administrada uma droga chamada estreptozotocina, que é tóxica para as células beta do pâncreas. A morte dessas células funciona como um sinal inflamatório e outras células de defesa são ativadas e recrutadas para o local, reconhecem e atacam as células beta produtoras de insulina. Os animais recebem a substância durante cinco dias consecutivos e, após 15 dias, já estão diabéticos”, explicou Daniela.
A confirmação da doença é realizada por meio de testes como glicemia de jejum, tolerância à glicose e à insulina. Todos esses parâmetros clínicos, porém, se mantiveram inalterados nos animais que receberam estreptozotocina, mas não expressavam NOD2.

O perfil do suspeito

Conforme explicou Daniela, o papel desse receptor já está bem descrito na literatura científica. NOD2 está presente nas células de defesa e do epitélio intestinal, com a função de reconhecer um dos componentes bacterianos, o MDP (dipeptídeo muramil). Quando ativado, o receptor induz uma sinalização intracelular que resulta na expressão de peptídeos antimicrobianos e citocinas inflamatórias, como a interleucina 1 beta (IL-1β), a interleucina 6 (IL-6) e a interleucina 23 (IL-23) – substâncias envolvidas na ativação e migração de células de defesa para o intestino. Dessa maneira, NOD2 desempenha um papel essencial na imunidade local e sistêmica, mantendo a integridade da barreira intestinal e controlando a translocação bacteriana do lúmen (cavidade interna do intestino) para a mucosa.

“Decidimos investigar a participação da proteína NOD2 na patogênese do diabetes tipo 1 porque estudos anteriores descreveram a associação entre uma microbiota alterada e o desenvolvimento do diabetes autoimune em humanos e em modelos experimentais. No entanto, os mecanismos pelos quais as bactérias intestinais levam à patologia continuavam obscuros. Nesse contexto, o receptor NOD2, importante por auxiliar na manutenção da homeostase intestinal, apareceu como um alvo-chave a ser estudado”, explicou Daniela.
De acordo com a pesquisadora, todos os autoantígenos (próprios do organismo) estão constantemente sendo apresentados aos linfócitos T por células do sistema imune inato. Normalmente, isso acontece em um contexto “tolerogênico”, ou seja, o sistema imune inato sinaliza, por meio da interleucina10 (IL-10), para que os linfócitos T assumam um perfil regulador (imunossupressor).
No entanto, segundo a teoria do grupo de Ribeirão Preto, quando componentes bacterianos ativam o receptor NOD2 em células dendríticas e macrófagos, as citocinas inflamatórias liberadas induzem um ambiente inflamatório, ou seja, os linfócitos T passam a receber um sinal diferente e se convertem em células patogênicas, capazes de reconhecer e atacar as células beta produtoras de insulina.

Conforme já mencionado, é preciso haver também a morte celular das células beta pancreáticas e a subsequente liberação de autoantígenos para criar o contexto inflamatório. No animal de laboratório, a morte celular é induzida pela estreptozotocina. Em humanos, segundo Daniela, a causa pode ser um fator ambiental, como, por exemplo, uma infecção viral.

Validação

Para validar a importância dos receptores NOD2 na patogênese do diabetes tipo 1 e confirmar a participação das bactérias intestinais em sua ativação, um segundo experimento foi feito com camundongos.
Desta vez, um grupo de roedores teve a microbiota intestinal reduzida com o uso de um potente coquetel de antibióticos. Ao ser desafiado com a administração de estreptozotocina, o grupo mostrou-se resistente ao desenvolvimento da doença, mesmo sendo capaz de expressar NOD2. Para os pesquisadores, isso está relacionado com a eliminação de bactérias nos linfonodos pancreáticos.

Já um outro conjunto de animais também teve a microbiota intestinal reduzida, mas recebeu, além de estreptozotocina, injeções de MDP – molécula encontrada em várias bactérias e capaz de ativar NOD2. Nesse caso, os animais tornaram-se diabéticos.
“Esses resultados confirmam, portanto, que existe alguma bactéria reconhecida via NOD2 nos linfonodos pancreáticos que está envolvida no desenvolvimento do diabetes tipo 1. Não conseguimos descobrir qual exatamente é a espécie bacteriana, mas agora pretendemos realizar uma análise metagenômica mais abrangente para tentar identificá-la”, disse Daniela.

Segundo a pesquisadora, com base nessas evidências, o próximo passo será testar algumas intervenções preventivas ou terapêuticas, como a modulação da microbiota intestinal por meio de compostos probióticos e prebióticos, ou a inibição do receptor NOD2 com drogas farmacológicas.

Os resultados publicados no Journal of Experimental Medicine também foram apresentados por Daniela durante o FAPESP/EU-LIFE Symposium on Cancer Genomics, Inflammation & Immunity. O evento realizado entre os dias 7 e 9 de junho, na sede da FAPESP, teve como objetivo fomentar a colaboração entre cientistas do Estado de São Paulo e da Europa.

O artigo Gut microbiota translocation to the pancreatic lymph nodes triggers NOD2 activation and contributes to T1D onset (doi: 10.1084/jem.20150744) pode ser lido em jem.rupress.org/content/213/7/1223.abstract.