Microbioma
Um microbioma é a comunidade de microrganismos que pode ser encontrada vivendo em conjunto em um determinado habitat. O termo foi definido de forma mais precisa em 1988 por John Whipps et al. como "uma comunidade microbiana característica que ocupa um habitat razoavelmente bem definido, com propriedades físico-químicas distintas. Assim, o termo não se refere apenas aos microrganismos envolvidos, mas também engloba o seu teatro de atividade". Em 2020, um painel internacional de especialistas publicou o resultado de suas discussões sobre a definição de microbioma, propondo uma definição baseada em uma retomada da "descrição compacta, clara e abrangente do termo", conforme originalmente apresentada por Whipps et al., complementada por dois parágrafos explicativos: o primeiro enfatizando o caráter dinâmico do microbioma e o segundo distinguindo claramente o termo "microbiota" do termo "microbioma".
História
A pesquisa sobre microbiomas teve origem na microbiologia e começou no século XVII e o desenvolvimento de novas técnicas e equipamentos impulsionou a pesquisa microbiológica e causou mudanças de paradigma na compreensão da saúde e da doença. Como as doenças infecciosas afetaram as populações humanas ao longo de grande parte da história, a microbiologia clínica foi o primeiro foco de pesquisa e interesse público. Além disso, a microbiologia de alimentos é um campo antigo de aplicações empíricas. O desenvolvimento dos primeiros microscópios permitiu a descoberta de um novo mundo até então invisível e levou à identificação de microrganismos. O acesso a esse mundo, até então invisível, abriu os olhos e as mentes dos pesquisadores do século XVII. Anton van Leeuwenhoek investigou diversas bactérias, fungos e protozoários, que ele chamou de animálculos, principalmente a partir de amostras de água, lama e placa dentária, e descobriu os biofilmes como uma primeira indicação de microrganismos interagindo em comunidades complexas. A explicação de Robert Koch sobre a origem das doenças humanas e animais como consequência de infecção microbiana e o desenvolvimento do conceito de patogenicidade foram marcos importantes da microbiologia, desviando o foco da pesquisa e da percepção pública para o papel dos microrganismos como agentes causadores de doenças que deveriam ser eliminados.
Etimologia
A palavra microbioma (do grego micro, que significa "pequeno", e bíos, que significa "vida") foi utilizada pela primeira vez por J.L. Mohr em 1952 na revista The Scientific Monthly para designar os microrganismos encontrados em um ambiente específico.
Definições
As comunidades microbianas são geralmente definidas como a coleção de microrganismos que vivem juntos. Mais especificamente, as comunidades microbianas são definidas como assembleias de múltiplas espécies, nas quais os (micro)organismos interagem entre si em um ambiente contíguo. Em 1988, Whipps e outros colegas, trabalhando na ecologia de microrganismos da rizosfera, forneceram a primeira definição do termo microbioma, descrevendo o microbioma como uma combinação das palavras "micro" e "bioma", nomeando uma "comunidade microbial característica" em um "habitat razoavelmente bem definido que possui propriedades físico-químicas distintas" como o seu "teatro de atividade". Esta definição representa um avanço considerável na definição de uma comunidade microbiana, pois define uma comunidade microbiana com propriedades e funções distintas e suas interações com o seu ambiente, resultando na formação de nichos ecológicos específicos.
Microbiota
A microbiota compreende todos os membros vivos que formam o microbioma. A maioria dos pesquisadores em microbioma concorda que bactérias, arqueias, fungos, algas e pequenos protistas devem ser considerados parte do microbioma. A integração de bacteriófagos, vírus, plasmídeos e elementos genéticos móveis é uma questão mais controversa na definição de microbioma. Também não há um consenso claro se o DNA extracelular derivado de células mortas, o chamado “DNA relíquia” (relic DNA), pertence ou não ao microbioma. O DNA relíquia pode corresponder a até 40% do DNA sequenciado em solos e chegou a representar, em média, até 33% do DNA bacteriano total em uma análise mais ampla de habitats, alcançando a proporção máxima de 80% em algumas amostras. Apesar de sua onipresença e abundância, o DNA relíquia apresenta efeito mínimo nas estimativas de diversidade taxonômica e filogenética.
Redes
Os microrganismos interagem entre si e essas interações simbióticas têm consequências diversas para a aptidão microbiana, a dinâmica populacional e as capacidades funcionais dentro do microbioma. As interações microbianas podem ocorrer entre microrganismos da mesma espécie ou entre diferentes espécies, gêneros, famílias e domínios da vida. As interações podem ser classificadas em positivas, negativas e neutras. As interações positivas incluem mutualismo, sinergismo e comensalismo. Já as negativas incluem amensalismo, predação, parasitismo, antagonismo [en] e competição. Interações neutras são aquelas em que não se observa efeito sobre as capacidades funcionais ou a aptidão das espécies interagentes.
Coevolução
Conforme a abordagem da "separação", os microrganismos podem ser divididos em patógenos, neutros e simbiontes, dependendo de sua interação com o hospedeiro. A coevolução entre o hospedeiro e sua microbiota associada pode, assim, ser descrita como antagônica (baseada em interações negativas) ou mutualística (baseada em interações positivas). A partir de 2020, o aumento de publicações sobre patógenos oportunistas e patobiontes produziu uma mudança em direção a uma abordagem holística na teoria da coevolução. A abordagem holística considera o hospedeiro e sua microbiota associada como uma única unidade (o chamado holobionte), que coevolui como uma entidade única. Segundo essa abordagem, o estado de doença do holobionte está associado à disbiose, à baixa diversidade da microbiota associada e à sua variabilidade, caracterizando um chamado patobioma. O estado saudável, por outro lado, está associado à eubiose, com alta diversidade e uniformidade da respectiva microbiota.
Terrestre
O microbioma vegetal [en] desempenha papéis fundamentais na saúde das plantas e na produção de alimentos, tendo recebido atenção significativa nos últimos anos. As plantas vivem associadas a diversos consórcios microbianos e esses microrganismos, denominados microbiota vegetal, vivem tanto no interior (a endosfera) quanto no exterior (a episfera) dos tecidos vegetais e exercem funções importantes na ecologia e na fisiologia das plantas. "Acredita-se que o microbioma vegetal central seja composto por táxons microbianos-chave importantes para a aptidão da planta e estabelecidos por mecanismos evolutivos de seleção e enriquecimento de táxons microbianos contendo genes de funções essenciais para a aptidão do holobionte vegetal".
Marinho
Todos os animais na Terra formam associações com microrganismos, incluindo protistas, bactérias, arqueias, fungos e vírus. No oceano, as relações entre animais e micróbios foram estudadas em sistemas de hospedeiro-simbionte único. No entanto, novas investigações sobre a diversidade de microrganismos associados a diversos hospedeiros animais marinhos moveram o foco para estudos que abordam interações entre o hospedeiro animal e um microbioma multimembro. O potencial dos microbiomas de influenciar a saúde, fisiologia, comportamento e ecologia dos animais marinhos poderia alterar a compreensão atual de como esses animais se adaptam às mudanças, especialmente às crescentes alterações climáticas e antropogênicas que já impactam o ambiente oceânico. Os microbiomas de diversos animais marinhos estão sob estudo, desde organismos simples, incluindo esponjas e ctenóforos, até organismos mais complexos, como ascídias e tubarões.
Os métodos disponíveis para o estudo de microbiomas, conhecidos como multiômicas, variam desde o isolamento de alto rendimento (culturômica) e visualização (microscopia), até o direcionamento da composição taxonômica (codificação metabólica) ou a abordagem do potencial metabólico (codificação metabólica de genes funcionais, metagenômica) para analisar a atividade microbiana (metatranscritômica [en], metaproteômica [en], metabolômica). Com base em dados metagenômicos, genomas microbianos podem ser reconstruídos. Embora os primeiros genomas montados a partir de metagenomas (MAGs) tenham sido reconstruídos de amostras ambientais, nas últimas décadas, milhares de genomas bacterianos foram agrupados sem a necessidade de cultivar os organismos subjacentes. Por exemplo, 154.723 genomas microbianos do microbioma humano global foram reconstruídos em 2019 a partir de 9.428 metagenomas. A modelagem computacional de microbiomas é usada para complementar métodos experimentais na investigação da função microbiana, utilizando dados multiômicos para prever dinâmicas complexas entre espécies e entre hospedeiro e espécies. Um método in silico comum consiste em combinar modelos de redes metabólicas [en] de táxons microbianos presentes em uma comunidade e usar uma estratégia de modelagem matemática, como a análise de balanço de fluxo, para prever a função metabólica da comunidade microbiana tanto no nível de táxon quanto no nível de comunidade.
