Pesquisa de bactérias pode ser um soco no estômago para doenças inflamatórias intestinais

O grupo de doenças intestinais permanentes conhecidas como doença inflamatória intestinal (DII), que inclui a doença de Crohn e a colite ulcerosa, tem um impacto significativo na saúde digestiva e na qualidade de vida durante um período estimado. 2,4 e 3,1 milhões de pessoas nos EUA

De acordo com Thomas Wood, presidente de biotecnologia e professor de engenharia química na Penn State, os pacientes com DII frequentemente apresentam níveis elevados de E. coli patogênica – a cepa bacteriana que pode causar doenças graves, incluindo intoxicação alimentar – em seus intestinos. Uma equipe internacional de pesquisadores co-liderada por Wood investigará o papel que a E. coli desempenha no intestino e como ela pode afetar a inflamação intestinal.

Nesta sessão de perguntas e respostas, Wood falou sobre a importância das bactérias intestinais na DII e como as tecnologias avançadas de órgão em chip da Penn State – que são dispositivos projetados e sistemas de tecidos cultivados dentro de chips microfluídicos que imitam a fisiologia humana – poderiam levar a novas ferramentas de diagnóstico e tratamentos.

O que se sabe sobre a relação entre E. coli e DII?

Existem boas E. coli que todos nós temos o tempo todo como um membro relativamente menor e benéfico de nosso trato gastrointestinal (GI). Depois, há cepas patogênicas de E. coli relacionadas, que obtemos por intoxicação alimentar, etc., que causam doenças. A DII é causada pela E. coli patogênica e é caracterizada por não ser capaz de se livrar da E. coli ruim. Nosso trabalho se esforça para entender como se livrar da E. coli patogênica.

No trato gastrointestinal, nossas células epiteliais secretam uma proteína mucina revestida de açúcar, que permite que nosso corpo utilize cerca de meio quilo de bactérias benéficas, ao mesmo tempo que evita que elas toquem diretamente em nossas células epiteliais que revestem nossos intestinos. Assim, evoluímos durante milhões de anos para depender de bactérias no nosso intestino, mas mantendo-as à distância, uma vez que não queremos que elas nos invadam e entrem na nossa corrente sanguínea.

Os patógenos E. coli danificam a camada protetora de mucina e permitem que alcancem as células epiteliais, o que causa lesões e resulta na produção de toxinas bacterianas chamadas toxinas Shiga, que podem resultar em diarreia com sangue e danos adicionais ao revestimento protetor do intestino.

Às vezes, os antibióticos podem ser usados ​​para ajudar a controlar os sintomas, mas não são eficazes para jovens e idosos, uma vez que pioram a infecção ao induzirem a produção da toxina Shiga pelos patógenos invasivos.

Quais são os principais objetivos desta pesquisa?

O objetivo é ser capaz de estudar como os patógenos danificam a mucina e como as bactérias comensais – boas – protegem a mucina quando cultivadas em comunidades complexas conhecidas como biofilmes, que são projetadas para imitar o ambiente intestinal humano. Esperamos aprender como as bactérias benéficas interagem com as bactérias causadoras de doenças e, em seguida, usar essas informações para tornar as bactérias boas na eliminação das bactérias causadoras da DII.

Um dos métodos que exploraremos é adicionar DNA que entra nas bactérias causadoras de doenças e as mata. A chave é determinar qual dessas “DNAzymes” funciona melhor para matar as bactérias causadoras de doenças em nosso trato gastrointestinal.

Qual é a tecnologia organ-on-chip que você planeja usar? Que vantagens tem em comparação com outras tecnologias e métodos de investigação?

O dispositivo mucina-on-chip permite-nos estudar o nosso microbioma sem utilizar animais e permite-nos estudar as comunidades complexas do nosso intestino sem perturbá-lo, através da utilização de sinais electroquímicos.

O sistema mucina-on-chip é uma ferramenta microfluídica que utiliza pequenos canais para imitar a mucina produzida pelas células epiteliais em nossos tratos gastrointestinais. O dispositivo nos permitirá identificar as interações entre a E. coli e a mucina protetora.

O que você espera que esta pesquisa ajude a realizar no futuro?

Esperamos que esta investigação conduza a probióticos eficazes que possam ser tomados por via oral para alterar o nosso microbioma – isto é, eliminar os agentes patogénicos – e combater eficazmente a DII. Também esperamos desenvolver técnicas para matar as bactérias causadoras de doenças com pedaços de DNA.

Hadar Ben-Yoav, do Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade Ben-Gurion, e Ilana Kolodkin-Gal do Instituto Scojen de Biologia Sintética, ambos em Israel, irão co-liderar este projeto.