Introdução: Os outros 90%

INTRODUÇÃO

 

 

Os outros 90%

 

Em maio de 2000, semanas antes do anúncio do primeiro esboço do genoma

humano, um caderno começou a circular entre alguns cientistas sentados no bar

em frente ao Laboratório Cold Spring Harbor, no estado de Nova York. Todos

estavam muito entusiasmados com a próxima fase do Projeto Genoma Humano,

em que a sequência de DNA seria dividida em suas partes funcionais: os genes. O

caderno continha uma aposta em bolão, os palpites do grupo mais bem

informado no planeta sobre uma questão intrigante: de quantos genes se

constitui o ser humano?

A cientista veterana Lee Rowen, que liderava um grupo trabalhando na

decodificação dos cromossomos 14 e 15, bebericava sua cerveja enquanto refletia

sobre a questão. Os genes produzem proteínas, os “tijolos” da vida, e a mera

complexidade do ser humano tornava provável que o número fosse alto. Maior

que o do camundongo, com certeza, que possui 23 mil genes. Provavelmente

também maior que o do trigo, que tem 26 mil genes. E, sem dúvida, bem maior

que o do verme C. elegans, uma das espécies favoritas dos biólogos de

laboratório, com seus 20.500 genes.

Os palpites em média superavam os 55 mil genes e chegavam a 150 mil, mas

os conhecimentos de Rowen a levaram a um palpite mais modesto. Ela apostou

em 41.440 genes naquele ano e, no seguinte, arriscou que teríamos 25.947 genes.

Em 2003, com a divulgação do número real de genes e a conclusão do

sequenciamento do genoma humano, Rowen ganhou o bolão. Seu palpite fora o

mais baixo dentre todas as 165 apostas, e a contagem de genes era inferior ao que

qualquer cientista havia previsto.

Com quase 20 mil genes, o genoma humano nem chega a superar o do verme

C. elegans. Tem metade dos genes de um pé de arroz, e até a humilde pulga-

d’água ultrapassa esse número, com 31 mil genes. Nenhuma dessas espécies é capaz de falar, criar ou ter pensamentos inteligentes. Você pode pensar, assim

como os cientistas que participaram do bolão, que o ser humano deveria ter

muito mais genes que gramíneas, vermes e pulgas. Afinal, genes constroem

proteínas, e proteínas constroem corpos. Com certeza um corpo tão complexo e

sofisticado quanto o humano precisaria de mais proteínas e, portanto, de mais

genes do que um verme.

Mas esses 20 mil genes não controlam nosso corpo sozinhos. Não estamos

sós. Cada pessoa é um superorganismo, uma coletividade de espécies vivendo

lado a lado, em cooperação, para controlar o corpo que nos sustenta. Nossas

células, embora bem maiores em volume e peso, são superadas à razão de dez

para uma pelas células dos micróbios que moram dentro da gente e sobre nosso

corpo. Esses 100 trilhões de micro-organismos – conhecidos como a microbiota

– são predominantemente compostos por bactérias: seres microscópicos

constituídos de uma só célula. Junto com elas, há outros: vírus, fungos e arqueias.

Os vírus são tão pequenos e simples que colocam em xeque o conceito do que

seria necessário para constituir “vida”, pois dependem das células de outras

criaturas para se replicarem. Os fungos que vivem em nós em geral são levedos,

organismos mais complexos do que bactérias, mas ainda assim unicelulares. As

arqueias formam um grupo semelhante às bactérias, mas suas diferenças, em

termos evolutivos, são tão significativas quanto as que separam as plantas dos

animais. Juntos, os micro-organismos vivendo no corpo humano somam 4,4

milhões de genes – esse é o microbioma: o genoma coletivo de nossa microbiota.

Esses genes cumprem seu papel no controle de nosso corpo junto com nossos 20

mil genes humanos. Segundo esses números, você é apenas 0,5% humano.

Agora já sabemos que o genoma humano deve sua complexidade não

somente ao número de genes que contém, mas também às muitas combinações

de proteínas que esses genes são capazes de produzir. No caso dos humanos e de

algumas outras espécies, eles são capazes de desempenhar mais funções do que

poderíamos pensar à primeira vista. Além disso, os genes de nossos micróbios

acrescentam ainda mais complexidade a essa mistura, oferecendo com maior

facilidade ao corpo humano serviços que evoluíram rapidamente.

Uma árvore da vida simplificada, mostrando os três domínios e os

quatro reinos do Domínio Eukaria

 

Até recentemente, para estudar esses micro-organismos, tínhamos que

cultivá-los em placas de Petri cheias de componentes sanguíneos, tutano ósseo

ou açúcares, suspensos em geleia. Só que essa era uma tarefa difícil, pois já vimos

que a maioria das espécies que moram no intestino humano morre quando é

exposta ao oxigênio. Além disso, para que os micro-organismos das placas

crescessem, precisávamos adivinhar quais eram os nutrientes, a temperatura e os

gases necessários à sua sobrevivência. Se não descobríssemos isso tudo, não era

possível aprender mais sobre a espécie em questão. Era mais ou menos como

conferir quem faltou à aula fazendo uma chamada – se você não chama algum

nome, não tem como saber se a pessoa está ali. Felizmente, os avanços da

tecnologia hoje permitem o sequenciamento do DNA de forma rápida e barata –

graças aos esforços dos cientistas do Projeto Genoma Humano –, e mesmo

aqueles componentes que você não estava esperando encontrar podem ser

detectados.

Conforme o Projeto Genoma Humano ia chegando ao fim, as expectativas

aumentavam. O Projeto era visto como a chave para a nossa humanidade, a

maior obra de Deus, e uma biblioteca contendo o segredo de todas as doenças.

Quando o primeiro esboço ficou pronto em junho de 2000, vários anos adiantado e sob um orçamento de 2,7 bilhões de dólares, o presidente norte-

americano Bill Clinton declarou:

 

Hoje estamos aprendendo o idioma em que Deus criou a vida. Estamos

ficando cada vez mais impressionados pela complexidade, beleza,

maravilha do dom mais divino e sagrado de Deus. Com esse profundo

conhecimento novo, a humanidade está à beira de ganhar um imenso e

novo poder de cura. A ciência do genoma terá um impacto real sobre a

nossa vida – e, ainda mais, sobre a vida de nossos filhos. Ela vai

revolucionar o diagnóstico, a prevenção e o tratamento da maioria, senão

de todas, as doenças humanas.

 

Mas, nos anos que se seguiram, jornalistas científicos do mundo inteiro

começaram a expressar sua decepção com a contribuição que o conhecimento da

sequência completa do nosso DNA tinha dado à medicina. Embora decodificar

nosso livro de instruções tenha sido uma realização indiscutível que fez diferença

para o tratamento de diversas doenças importantes, isso não foi suficiente para

revelar o que esperávamos descobrir sobre a causa de muitas delas. Buscar

diferenças genéticas comuns a pessoas que têm uma enfermidade específica não

se mostrou útil para identificar vínculos diretos entre os genes e as doenças,

como se esperava. Com frequência, algumas doenças foram associadas a dezenas

ou centenas de variantes de genes, mas raras vezes uma dada variante genética

determinou diretamente o aparecimento de dada doença.

O que deixamos de perceber na virada do século foi que aqueles 20 mil genes

não são a história toda. A tecnologia de sequenciamento do DNA inventada

durante o Projeto Genoma Humano tornou possível outro grande projeto de

sequenciamento genético que recebeu bem menos atenção da mídia: o Projeto

Microbioma Humano. Em vez de examinar o genoma de nossa própria espécie, o

PMH foi criado para identificar as espécies presentes no corpo humano – no

microbioma – através de seu DNA.

A dependência de placas de Petri e a superabundância de oxigênio já não

seriam obstáculos à pesquisa de nossos coabitantes. Com um orçamento de 170

milhões de dólares e um programa de cinco anos de sequenciamento de DNA, o

PMH deveria interpretar o código genético de micro-organismos vivendo em

dezoito habitats diferentes no corpo humano – o que equivalia a processar

dezenas de vezes mais dados que o PGH. Era uma pesquisa bem mais abrangente

dos genes tanto humanos quanto microbianos que constituem uma pessoa. Na conclusão da primeira fase de pesquisas do Projeto Microbioma Humano em

2012, nenhum líder mundial fez qualquer declaração triunfante e apenas um

punhado de jornais tocou no assunto. Mas o PMH viria a revelar mais sobre o

que significa ser humano atualmente do que nosso genoma jamais foi capaz.

 

Desde o início da vida, as espécies exploram umas às outras, e os micróbios têm

se mostrado particularmente eficientes em sobreviver nos lugares mais

esquisitos. Dado seu tamanho microscópico, o corpo de outro organismo –

sobretudo de uma grande criatura vertebrada como o ser humano – representa

não apenas um nicho individual, mas todo um mundo de habitats, ecossistemas e

oportunidades. Tão variável e dinâmico quanto nosso planeta Terra, o corpo

humano possui um clima químico que vai e vem com marés hormonais e

paisagens complexas que mudam conforme envelhecemos. Para os micro-

organismos, isso é o Paraíso.

Evoluímos lado a lado com bactérias e fungos desde bem antes de sermos

humanos. Antes mesmo de nossos ancestrais serem mamíferos. Cada animal, da

menor das moscas drosófilas à maior das baleias, é um mundo para os micróbios.

Apesar da imagem negativa de germes causadores de doenças com que muitos

deles foram tachados, pode ser extremamente recompensador servir de abrigo a

essas formas de vida em miniatura.

A lula havaiana – que tem olhos grandes e é colorida como um personagem

de animação – conseguiu diminuir uma grande ameaça à sua vida quando

convidou apenas uma espécie de bactéria bioluminescente para viver em uma

cavidade especial embaixo de sua barriga. Nesse local, a bactéria conhecida como

Aliivibrio fischeri converte alimento em luz, de modo que, ao ser vista de baixo, a

lula brilha. Isso oculta sua silhueta em contraste com a superfície do oceano

iluminada pela lua, camuflando-a de predadores que se aproximem por baixo. A

lula deve essa proteção aos seus habitantes bacterianos, que por sua vez devem a

ela seu lar.

Embora servir de casa a uma fonte de luz microbiana possa parecer uma

forma especialmente inventiva de aumentar as chances de sobrevivência, a lula

está longe de ser a única espécie animal que deve sua vida aos micróbios que

abriga em seu corpo. As estratégias de vida são muitas e variadas, e a cooperação

entre macro e micro-organismos tem sido uma força propulsora da evolução

desde que os seres vivos com mais de uma célula surgiram pela primeira vez, 1,2

bilhão de anos atrás.

Quanto mais células compõem um organismo, mais micróbios podem viver

nele. De fato, animais grandes como as vacas são conhecidos por sua

hospitalidade às bactérias. Bovinos comem grama, e, se precisassem confiar

apenas em seus próprios genes, conseguiriam extrair pouquíssimo valor

nutricional de sua dieta fibrosa. Para digerir esse tipo de alimento, são

necessárias proteínas especializadas – chamadas enzimas –, capazes de decompor

as moléculas duras das membranas celulares da grama. Como as mutações

genéticas dependem de mudanças aleatórias no código do DNA que só podem

ocorrer a cada geração de organismos, esse processo levaria milênios se as vacas

tivessem que desenvolver sozinhas os genes que formam essas enzimas.

Um jeito mais rápido de adquirir a capacidade de absorver os nutrientes da

grama seria terceirizar a tarefa para especialistas: os micróbios. As quatro

câmaras do estômago bovino abrigam populações na casa dos trilhões de micro-

organismos cuja função é quebrar as fibras das plantas. O bolo alimentar – uma

bola sólida de fibra vegetal – viaja para lá e para cá, entre a moagem mecânica da

ruminação da vaca e a decomposição química realizada pelas enzimas

produzidas pelos micro-organismos que vivem em seu intestino. Para os

micróbios, é rápido e fácil adquirir os genes necessários para fazer isso, já que seu

tempo de geração – e portanto as oportunidades de mutações e evolução –

costuma ser inferior a um dia.

Se a lula havaiana e as vacas podem se beneficiar ao se aliarem aos micróbios,

por que nós, humanos, não poderíamos fazer o mesmo? Não comemos grama

nem temos um estômago dividido em quatro câmaras, mas temos nossas

próprias especializações. Nosso estômago é pequeno e simples, e existe apenas

para misturar a comida, adicionar algumas enzimas para a digestão e um pouco

de ácido para matar os micro-organismos indesejados. Mas, ao final do intestino

delgado – onde a comida é decomposta por ainda mais enzimas e incorporada ao

sangue por uma espécie de tapete de protuberâncias semelhantes a dedos que lhe

dão uma área equivalente à de uma quadra de tênis –, atinge-se uma cavidade,

semelhante a uma bola, que marca o início do intestino grosso. Esse anexo que

parece uma bolsa e fica no canto inferior direito do tronco, é chamado de ceco e

é o centro da comunidade microbiana do corpo humano.

Do ceco pende um órgão que tem a fama de só existir para causar dor e

infecções: o apêndice. Seu nome completo – apêndice vermiforme – refere-se à

sua aparência, semelhante a um verme, mas poderia ser igualmente comparado

com uma larva ou uma cobra. O apêndice varia de comprimento, de diminutos 2

cm a longos 25 cm, e às vezes uma pessoa pode ter dois deles – ou nenhum. Segundo a opinião popular, estaríamos melhor sem ele, já que há cem anos se diz

que esse órgão não tem nenhuma função. Na verdade, o homem que enfim

enquadrou a anatomia dos animais em um esquema evolutivo elegante é

aparentemente responsável pela persistência desse mito. Charles Darwin, em A

descendência do homem, uma continuação de A origem das espécies, incluiu o

apêndice em uma discussão sobre órgãos “rudimentares”. Após compará-lo com

apêndices maiores em muitos outros animais, Darwin chegou à conclusão de que

o apêndice era um vestígio evolutivo, gradualmente definhando à medida que a

alimentação dos seres humanos mudava.

Com poucos indícios contrários, a condição residual do apêndice

praticamente não foi questionada nos cem anos que se seguiram, e a ideia de sua

inutilidade foi crescendo devido a sua tendência a causar transtornos. A

comunidade médica passou a considerá-lo tão inútil que, na década de 1950, a

remoção do apêndice de tornou um dos procedimentos cirúrgicos mais

realizados no mundo desenvolvido. Uma apendectomia costumava até ser

oferecida como bônus durante outras cirurgias abdominais. A certa altura, um

homem tinha uma chance em oito de ter seu apêndice removido durante a vida,

enquanto para as mulheres essa chance era de uma em quatro. Cerca de 5% a

10% das pessoas sofrem de apendicite em certo estágio da vida, geralmente antes

de terem filhos. Sem tratamento, metade delas morreria.

Surge assim um paradoxo. Se a apendicite fosse uma doença que ocorresse

naturalmente, levando à morte com frequência em uma idade prematura, o

apêndice teria sido eliminado pela seleção natural. Aqueles com apêndices

suficientemente grandes para serem infectados morreriam, não raro antes de se

reproduzir, deixando portanto de transmitir seus genes formadores de apêndices.

Com o tempo, cada vez menos pessoas teriam apêndice, e esse órgão acabaria se

perdendo. A seleção natural teria preferido as pessoas sem apêndice.

A suposição de Darwin de que o apêndice era uma relíquia de nosso passado

poderia ter sido convincente se as consequências de possuí-lo não fossem muitas

vezes fatais. No entanto, existem duas explicações para a persistência desse órgão

que não são mutuamente exclusivas. A primeira sugere que a apendicite é um

fenômeno moderno, acarretado pela mudança ambiental. Assim, mesmo um

órgão inútil pode ter persistido no passado apenas por haver se mantido longe de

problemas. A outra é que o apêndice, longe de ser um vestígio maligno de nosso

passado evolutivo, na verdade oferece à saúde benefícios que superam seu lado

negativo, fazendo sua presença valer a pena apesar do risco de apendicite. Ou

seja, a seleção natural prefere aqueles que têm apêndice. A questão é: por quê?

A resposta está em seu conteúdo. O apêndice, com um comprimento médio

de 8 cm e largura de 1 cm, forma um tubo protegido do fluxo da comida – na

maior parte já digerida – que passa por sua entrada. Mas em vez de ser só um

filamento atrofiado de carne, na verdade ele está repleto de células e moléculas

imunes especializadas que não são inertes; pelo contrário, são parte integrante do

sistema imunológico, protegendo, cultivando e se comunicando com uma

coletividade de micróbios. Dentro do apêndice, esses micro-organismos formam

um “biofilme” – uma camada de indivíduos que se apoiam mutuamente,

deixando de fora bactérias que possam causar dano. Portanto o apêndice, longe

de não ter função, parece ser o refúgio proporcionado pelo corpo humano a seus

habitantes microbianos.

Como um pé de meia guardado para uma emergência, esse estoque

microbiano vem a calhar em tempos de dificuldades. Após um episódio de

intoxicação alimentar ou uma infecção gastrointestinal, o intestino pode ser

repovoado por seus habitantes normais, que estavam escondidos no apêndice.

Pode parecer uma apólice de seguro corporal meio exagerada, mas as infecções

intestinais, como disenteria, cólera e giardíase, só foram eliminadas no mundo

ocidental nas últimas décadas. Medidas de saneamento básico, com sistemas de

esgoto e estações de tratamento de água, acabaram com essas doenças nos países

desenvolvidos, mas, no mundo, uma dentre cada cinco mortes na infância ainda

é causada por diarreia infecciosa. Para aqueles que resistem e sobrevivem, é

provável que possuir um apêndice acelere sua recuperação. Só no contexto de

uma condição de saúde relativamente boa é que passamos a acreditar que o

apêndice não tem nenhuma função. Na verdade, as consequências negativas da

retirada do apêndice têm sido mascaradas pelo estilo de vida moderno e

higienizado.

Ao que se revela, a apendicite é mesmo um fenômeno moderno. Na época de

Darwin, era algo extremamente raro, causando pouquíssimas mortes, de modo

que podemos talvez perdoá-lo por pensar que o apêndice era uma simples sobra

da evolução que não ajudava nem atrapalhava. A apendicite tornou-se comum

no fim do século XIX, com os casos em um hospital britânico disparando de uma

taxa estável de três ou quatro pessoas por ano antes de 1890 para 113 casos por

ano em 1918 – um aumento verificado em todo o mundo industrializado. O

diagnóstico nunca foi um problema – a forte cólica, seguida de uma rápida

autópsia se o paciente não sobrevivesse, revelava a causa da morte mesmo antes

que a apendicite se tornasse tão comum.

Muitas explicações foram oferecidas para esse aumento, do consumo

exagerado de carne, manteiga e açúcar ao bloqueio dos seios paranasais e dentes

cariados. Naquela época, chegou-se à conclusão de que a redução da quantidade

de fibras em nossa dieta era a causa principal, mas outras hipóteses ainda

existem, inclusive uma que responsabiliza a maior pureza da água e a melhoria

nas condições higiênicas – justamente o desenvolvimento que pareceu tornar o

apêndice inútil. No entanto, qualquer que seja a resposta, a partir da Segunda

Guerra Mundial, nossa memória coletiva esquecera o aumento dos casos de

apendicite, dando-nos a impressão de que isso é esperado, embora indesejável,

da vida normal.

Mesmo no mundo moderno, desenvolvido, conservar o apêndice ao menos

até a fase adulta pode se mostrar benéfico, protegendo-nos de infecções

gastrointestinais recorrentes, de disfunções imunológicas, câncer no sangue,

algumas doenças autoimunes e até ataques cardíacos. De algum modo, seu papel

como santuário da vida microbiana nos traz todos esses benefícios.

Além de mostrar que está longe de ser inútil, a presença revela algo ainda

maior: os nossos micróbios são importantes para o nosso corpo. Parece que não

estão apenas pegando carona, mas prestando um serviço importante o suficiente

para que, na evolução de nosso intestino, tenha sido reservado um espaço para

servir de refúgio e mantê-los em segurança. A questão é: que micro-organismos

estão lá e o que exatamente fazem por nós?

Embora saibamos há várias décadas que os micróbios em nosso corpo nos

oferecem certos benefícios – como sintetizar algumas vitaminas essenciais e

decompor fibras duras de plantas –, o grau de interação entre nossas células e as

deles só foi descoberto recentemente. No final da década de 1990, usando as

ferramentas da biologia molecular, os microbiologistas deram um grande salto e

descobriram mais sobre nosso estranho relacionamento com nossa microbiota.

As novas tecnologias de sequenciamento do DNA são capazes de nos

informar quais micróbios estão presentes em nossa microbiota, e assim podemos

situá-los em seu local apropriado na árvore da vida. Nessa hierarquia, do

domínio para o reino, depois filo, classe, ordem, família, gênero, espécie e cepa,

os indivíduos vão ficando cada vez mais intimamente relacionados entre si. De

baixo para cima, nós, os humanos (gênero Homo e epíteto específico sapiens),

somos grandes antropoides (família Hominidae) situados junto com os macacos

e alguns outros animais na categoria dos primatas (ordem Primatas). Todos nós,

primatas, pertencemos, com nossos colegas peludos bebedores de leite, ao grupo

dos mamíferos (classe Mammalia), que se enquadram então no grupo que contém os animais vertebrados (filo Chordata) e, finalmente, entre todos os

animais, vertebrados ou não (pense na lula, por exemplo), no reino Animalia,

domínio Eukaria. As bactérias e outros micro-organismos (excetuando-se os

vírus, que desafiam qualquer categoria) se enquadram nos outros grandes ramos

da árvore da vida, pertencendo não ao Animalia, mas ao seu próprio reino e

domínio.

Um segmento de DNA particularmente útil, o gene 16S rRNA, é tipo um

código de barras para as bactérias, fornecendo uma rápida identificação sem a

necessidade de sequenciar um genoma bacteriano inteiro. Quanto mais os

códigos dos genes 16S rRNA se assemelham, mais intimamente relacionadas

estão essas espécies, e mais ramos e galhos da árvore da vida compartilham.

O sequenciamento do DNA, porém, não é a única ferramenta que temos à

disposição para responder às perguntas sobre nossos micróbios, especialmente

no tocante ao que cada micro-organismo faz. Quando deparamos com esses

mistérios, costumamos nos voltar para os camundongos – em particular, os

“livres de germes”. As primeiras gerações desses seres indispensáveis aos

laboratórios nasceram de cesariana e foram mantidas em câmaras de isolamento

para que não fossem colonizadas por micro-organismos benéficos nem

prejudiciais. Dali em diante, a maioria dos camundongos livres de germes

nascem simplesmente em isolamento, de mães livres de germes, numa linhagem

esterilizada de roedores livres de micróbios. Mesmo sua comida e suas

instalações são expostas à radiação e embaladas em recipientes esterilizados, para

evitar qualquer contaminação dos camundongos. Transferi-los entre suas gaiolas

que mais parecem bolhas é uma grande operação que envolve vácuos e

substâncias químicas antimicrobianas.

Ao comparar camundongos livres de germes com camundongos

“convencionais” dotados de seu pleno complemento de micróbios, os

pesquisadores conseguem avaliar os exatos efeitos de se possuir uma microbiota.

Eles podem até colonizar camundongos livres de germes com uma única espécie

de bactéria, ou um pequeno conjunto de espécies, para ver como cada grupo

contribui para a biologia de um camundongo. Do estudo desses camundongos

“gnotobióticos” (que abrigam “vida conhecida”), obtemos uma ideia da ação dos

micro-organismos em nosso corpo também. Claro que eles não são iguais a nós,

e às vezes resultados de experimentos em camundongos são radicalmente

diferentes daqueles em seres humanos, mas são uma ferramenta de pesquisa

muito útil e com frequência nos oferecem pistas cruciais. Sem modelos roedores,

a ciência médica iria progredir a um milionésimo de sua velocidade.

Foi usando camundongos livres de germes que o maior expoente da ciência

do microbioma, o professor Jeffrey Gordon da Universidade de Washington em

St. Louis, Missouri, descobriu um indício notável de quão fundamental é a

microbiota para a manutenção de um corpo saudável. Ele comparou o intestino

de camundongos livres de germes com o de camundongos convencionais e

descobriu que, sob a orientação das bactérias, as células que revestem a parede do

intestino dos camundongos estavam liberando uma molécula que “alimentava”

os micróbios, encorajando-os a fixar residência ali. A presença de uma

microbiota não altera apenas a química do intestino, mas também sua

morfologia. As protuberâncias semelhantes a dedos crescem mais por insistência

dos micro-organismos, tornando a área de sua superfície grande o suficiente para

captar a energia necessária dos alimentos. Estimou-se que os ratos precisariam de

cerca de 30% a mais de alimentos se não fossem os micróbios.

E não são somente nossos coabitantes que se beneficiam em viver em nosso

corpo, nós também. Nosso relacionamento com eles não é só de tolerância, mas

de encorajamento. Essa descoberta, combinada com as potencialidades do

sequenciamento do DNA e estudos de camundongos livres de germes, deu início

a uma revolução na ciência. O Projeto Microbioma Humano, dirigido pelos

Institutos Nacionais da Saúde dos Estados Unidos, junto com muitos outros

estudos em laboratórios no mundo inteiro, revelaram que dependemos

radicalmente de nossos micróbios para sermos saudáveis e felizes.

 

O corpo humano, tanto por dentro quanto por fora, forma uma paisagem de

habitats tão diversificados como quaisquer outros na Terra. Assim como os

ecossistemas do planeta são povoados por diferentes espécies de plantas e

animais, os habitats do corpo humano abrigam diferentes comunidades de

micróbios. Somos, como todos os animais, um tubo sofisticado. O alimento entra

por uma extremidade e sai pela outra. Vemos que a pele cobre nossa superfície

“externa”, mas a superfície interna de nosso tubo também é “externa” –

igualmente exposta ao ambiente. Enquanto as camadas da pele nos protegem de

intempéries, micro-organismos invasores e substâncias nocivas, as células do

trato digestivo também precisam nos manter em segurança. Nosso verdadeiro

“interior” não é o trato digestivo, mas os tecidos e órgãos, músculos e ossos que

estão armazenados entre o interior e o exterior de nossos eus tubulares.

A superfície de um ser humano, então, não é apenas sua pele, mas as voltas,

sulcos e dobras de seu tubo interior também. Mesmo os pulmões, a vagina e o

trato urinário contam como “ lado de fora” – como partes da superfície – quando você vê o corpo dessa forma. Não importa se na parte de dentro ou de fora, toda

essa superfície é uma moradia em potencial para os micróbios. Alguns locais são

mais valorizados que outros, e comunidades densas como cidades se formam em

lugares nobres, ricos em recursos, como os intestinos, enquanto grupos mais

esparsos de espécies ocupam áreas mais “rurais” ou hostis, como os pulmões e o

estômago. O Projeto Microbioma Humano teve como intuito caracterizar essas

comunidades, recolhendo amostras de micro-organismos de dezoito locais nas

superfícies interna e externa do corpo humano, em centenas de voluntários.

Durante os cinco anos do PMH, microbiologistas moleculares

supervisionaram algo que foi a versão biotecnológica da era dourada da

descoberta de espécies, dos armários impregnados de formol e repletos de

coleções de aves e mamíferos descobertos e nomeados por exploradores-biólogos

nos séculos XVIII e XIX. O corpo humano é, ao que se revela, um tesouro de

grupos e espécies novas para a ciência, muitas delas presentes em apenas um ou

dois dos voluntários participantes no estudo. Cada pessoa está longe de abrigar

um mesmo conjunto de micróbios. Pelo contrário, pouquíssimos grupos de

bactérias são comuns a todo mundo. Cada um de nós contém comunidades de

micro-organismos tão singulares quanto nossas impressões digitais.

Embora os detalhes mais sutis de nossos habitantes sejam específicos a cada

um de nós, todos abrigamos micróbios semelhantes nos níveis hierárquicos

maiores. As bactérias que moram no seu intestino, por exemplo, se assemelham

mais às bactérias no intestino da pessoa sentada ao seu lado do que às que

habitam nas articulações de seus dedos. Além disso, apesar de termos

comunidades diferentes, as funções que elas desempenham costumam ser

indistinguíveis. O que a bactéria A faz por você, a bactéria B pode fazer pelo seu

melhor amigo.

Das planícies áridas e frescas da pele dos antebraços às florestas úmidas e

quentes da virilha e à acidez e ao ambiente quase desprovido de oxigênio do

estômago, cada parte do corpo oferece um lar para os micróbios capazes de

evoluir de forma a explorá-la. Mesmo dentro de um mesmo habitat, nichos

diferentes abrigam espécies diferentes. A pele, com seus dois metros quadrados,

contém tantos ecossistemas quanto as paisagens das Américas – mas em

miniatura. Os ocupantes da pele rica em sebo da face e das costas são tão

diferentes daqueles dos cotovelos secos e expostos quanto as florestas do Panamá

diferem das rochas do Grande Canyon. Se o rosto e as costas são dominados por

espécies pertencentes ao gênero Propionibacterium, que se alimentam das

gorduras liberadas pelos poros densamente comprimidos nessas áreas, os cotovelos e os antebraços abrigam uma comunidade bem mais diversificada. As

áreas úmidas, incluindo o umbigo, as axilas e as virilha, são o lar das espécies

Corynebacterium e Staphylococcus, que adoram a umidade e se alimentam do

nitrogênio no suor.

Essa segunda pele microbiana proporciona uma dupla camada de proteção

para o verdadeiro interior do corpo, reforçando a inviolabilidade da barreira

formada pelas células da pele. Bactérias invasoras com intenções maldosas lutam

para conquistar seu lugar nessas cidades fronteiriças fortemente protegidas e

enfrentam um ataque de armas químicas enquanto isso. Talvez ainda mais

vulneráveis à invasão sejam os tecidos moles da boca, que precisam resistir à

colonização por uma enxurrada de intrusos que vêm contrabandeados na

comida e flutuando no ar.

Da boca de seus voluntários, pesquisadores do Projeto Microbioma Humano

extraíram não apenas uma amostra, mas nove, cada uma de um local

ligeiramente diferente. Esses nove locais, com poucos centímetros de distância

entre eles, ao que se revelou, abrigavam comunidades perceptivelmente distintas

constituídas de cerca de oitocentas espécies de bactérias dominadas pela espécie

Streptococcus e um punhado de outros grupos. O Streptococcus tem má fama,

devido às muitas espécies que causam doenças, da faringite estreptocócica à

fasciite necrosante, uma infecção devoradora da carne. Mas muitas outras

espécies nesse gênero apresentam um comportamento impecável, expulsando os

seres malignos que atacam essa vulnerável entrada para o corpo. Claro que essas

distâncias minúsculas entre os locais das amostras dentro da boca podem parecer

insignificantes para nós, mas para os micróbios são como vastas planícies e

cadeias de montanhas com climas tão diversos quanto o do norte da Escócia e o

do sul da França.

Imagine, então, o salto climático da boca até as narinas. A piscina viscosa de

saliva sobre um leito de rocha escarpado substituída por uma floresta cabeluda

de muco e poeira. As narinas, como seria de esperar do seu papel de porteiro na

entrada para os pulmões, abriga uma grande variedade de grupos bacterianos,

alcançando umas novecentas espécies, incluindo grandes colônias de

Propionibacterium, Corynebacterium, Staphylococcus e Moraxella.

Descendo pela garganta rumo ao estômago, a enorme diversidade de espécies

se reduz de forma drástica. Por ser muito ácido, o estômago mata muitos dos

micro-organismos que entram junto com a comida, e só se conhece uma espécie

que com certeza reside ali permanentemente em algumas pessoas: Helicobacter

pylori, cuja presença pode ser tanto uma bênção quanto uma maldição. Desse ponto em diante, o percurso pelo trato digestivo vai revelando uma densidade – e

diversidade – cada vez maior de micróbios. O estômago se abre para o intestino

delgado, onde o alimento é rapidamente digerido por nossas próprias enzimas e

incorporado à corrente sanguínea. Mas ainda existem micro-organismos aqui: há

cerca de 10 mil indivíduos em cada mililitro de conteúdo no início do intestino

delgado. Esse número chega a incríveis 10 milhões por mililitro em sua porção

final, onde o intestino delgado encontra o ponto inicial do intestino grosso.

 

O intestino humano

 

Fora do abrigo criado pelo apêndice, há uma metrópole fervilhante de micro-

organismos, no núcleo da paisagem microbiana do corpo humano: o ceco, ao

qual o apêndice está ligado. Esse é o epicentro da vida microscópica, onde

trilhões de indivíduos de pelo menos 4 mil espécies aproveitam ao máximo o

alimento parcialmente digerido que passou pela primeira rodada do processo de extração de nutrientes no intestino delgado. As partes duras – fibras vegetais –

são deixadas para os micróbios atacarem na segunda rodada.

O cólon, que constitui a maior parte do intestino grosso, sobe pelo lado

direito do tronco, sob a caixa torácica, e desce de volta pelo lado esquerdo. Esse

local oferece moradia para cerca de 1 trilhão (1.000.000.000.000) de indivíduos

por mililitro em suas dobras e nas reentrâncias de suas paredes. Ali, eles

recolhem os refugos de alimento e os convertem em energia, deixando os

resíduos para serem absorvidos pelas células das paredes do cólon. Enquanto a

maioria das células do corpo são alimentadas pelo açúcar transportado no

sangue, a principal fonte de energia das do cólon são os resíduos da microbiota.

Por isso, sem os micróbios do intestino, essas células estariam fadadas a definhar

e morrer. O ambiente úmido, quentinho e pantanoso do cólon, em algumas

partes totalmente desprovido de oxigênio, proporciona não apenas uma fonte de

alimento para seus habitantes, mas uma camada de muco rica em nutrientes,

capaz de sustentar sua população em épocas de escassez.

Como os pesquisadores do PMH teriam que realizar uma cirurgia em seus

voluntários se quisessem coletar amostras dos diferentes habitats do trato

intestinal, eles encontraram uma forma bem mais prática de recolher

informações sobre seus habitantes: sequenciar o DNA dos micróbios

encontrados nas fezes. Em sua passagem pelo intestino, o alimento que

ingerimos é quase completamente digerido e absorvido, tanto por nós quanto

por nossos micro-organismos, restando somente uma pequena quantidade que

deve sair na outra extremidade. As fezes, longe de serem os resíduos de nossa

comida, são na maior parte bactérias – algumas mortas, outras vivas. Elas

respondem por cerca de 75% do peso úmido das fezes, enquanto as fibras

vegetais constituem cerca de 17%.

A qualquer momento, seu intestino abriga cerca de 1,5 kg de bactérias – mais

ou menos o peso do fígado –, cuja vida útil varia de meros dias a semanas. As 4

mil espécies de bactérias encontradas nas fezes nos dão mais dados sobre o corpo

humano do que amostras de todos os outros locais reunidos. Essas bactérias são

um indicador de nosso estado de saúde e da qualidade da nossa alimentação –

não apenas enquanto espécie, mas como sociedade e como indivíduo. O grupo

de bactérias mais comum nas fezes é formado de Bacteroides, mas, como as

bactérias de nosso intestino comem o mesmo que nós, a comunidade bacteriana

intestinal varia de pessoa para pessoa.

Entretanto, os micróbios do intestino não são só coletores, aproveitando

nossas sobras. Nós também tiramos proveito deles, especialmente quando se trata de terceirizar funções que levaríamos muito tempo para desenvolver

sozinhos. Afinal, por que se dar o trabalho de ter um gene para sintetizar a

proteína que produz a vitamina B , essencial ao funcionamento do cérebro, 12

quando as bactérias Klebsiella podem fazer isso para você? E quem precisa de

genes para moldar as paredes do intestino, quando as Bacteroides já os possuem?

É bem mais barato e fácil que desenvolvê-los do zero. Mas, como veremos

adiante, o papel dos micro-organismos que moram em nosso intestino vai bem

além de ajudar na síntese de umas poucas vitaminas.

No início, o Projeto Microbioma Humano examinou apenas a microbiota de

indivíduos saudáveis. A partir do estabelecimento desse referencial, o PMH

resolveu indagar quais são as alterações encontradas na microbiota de pessoas

cujo estado de saúde é ruim, se as doenças modernas poderiam ser uma

consequência dessas alterações e, em caso positivo, o que estaria causando esse

dano. Será que distúrbios da pele, como acne, psoríase e dermatite, seriam

indicação de transtornos no equilíbrio dos micróbios da pele? Será que a doença

intestinal inflamatória, o câncer do trato digestivo e até a obesidade poderiam se

dever a alterações nas comunidades de micro-organismos que moram no

intestino? E, o que seria mais extraordinário: será que distúrbios aparentemente

distantes dos centros de população microbiana, como alergias, doenças

autoimunes e mesmo problemas mentais, poderiam ser causados por danos à

microbiota?

O palpite de Lee Rowen no bolão em Cold Spring Harbor apontava para uma

descoberta bem mais profunda. Não estamos sozinhos, e nossos “caronas”

microbianos desempenham um papel bem maior em nossa humanidade do que

jamais pensamos. Nas palavras do Professor Jeffrey Gordon:

 

Essa percepção do nosso lado microbiano está trazendo uma nova visão

de nossa individualidade. Uma nova noção de nossa ligação com o

mundo microbiano. O reconhecimento do legado de nossas interações

pessoais com nossa família e o ambiente no princípio da vida. Está

fazendo com que paremos e reflitamos sobre o fato de que poderia haver

mais uma dimensão em nossa evolução humana.

 

Passamos a depender de nossos micróbios, e sem eles seríamos uma mera

fração de quem somos. Mas o que significa ser apenas 10% humano?