Para pesquisadores que estudam as possíveis conexões entre a saúde humana e os trilhões de micróbios que habitam nosso trato digestivo, o que torna o trabalho tão emocionante é também o que o torna desafiador.

Apesar de anos de esforço, incluindo o sequenciamento de micróbios intestinais de milhares de voluntários, as funções da vasta maioria das proteínas encontradas nesta comunidade microbiana - até 85 por cento - permanecem um mistério. Muitas dessas proteínas são provavelmente enzimas, os catalisadores biológicos que permitem aos organismos vivos realizar reações químicas. Algumas enzimas no microbioma intestinal humano podem estar realizando processos químicos que são críticos para a saúde, mas atualmente não são reconhecidos.

Mas uma nova ferramenta, desenvolvido por Emily Balskus de Harvard, o Morris Kahn Professor Associado de Química e Biologia Química, em colaboração com Curtis Huttenhower, professor associado de biologia computacional e bioinformática da Harvard T.H. Escola Chan de Saúde Pública, pode ajudar os pesquisadores a identificar com mais precisão as enzimas presentes nos microbiomas e quantificar sua abundância relativa. A técnica é descrita em um artigo publicado em Ciência .

"É uma coisa interessante de se fazer, porque com nosso método ... além de identificar enzimas microbianas conhecidas, podemos obter informações sobre a distribuição e abundância de enzimas com atividades desconhecidas, "Disse Balskus." Um grande desafio associado aos microbiomas tem sido como interrogar o potencial genético não caracterizado dessas comunidades. Como você passa de genes no microbioma humano para novas atividades metabólicas microbianas? … E acreditamos que esta pode ser uma ferramenta para o fazer. "

Armado com a nova técnica, Balskus e Huttenhower foram capazes de avaliar pela primeira vez como uma enzima radical glicil não caracterizada era comum no microbioma intestinal humano saudável. Eles também foram capazes de elucidar o que essa enzima realmente faz.

O laboratório de Balskus estuda as enzimas do radical glicil porque são uma das famílias de proteínas mais abundantes no microbioma intestinal humano.

"Esta enzima não caracterizada foi a segunda enzima radical glicil mais abundante em todas as pessoas sequenciadas como parte do Projeto Microbioma Humano, e sua distribuição universal sugeria fortemente que estava fazendo algo importante ", disse Balskus." Acontece que tem uma função fascinante. Está permitindo que os micróbios metabolizem um aminoácido chamado 4-hidroxiprolina, que é o principal componente do colágeno, a proteína mais abundante do corpo humano. Nós descobrimos como os micróbios usam este aminoácido para crescer no ambiente anaeróbico do intestino humano. "

Com essa informação em mente, Balskus acrescentou, os pesquisadores podem investigar uma série de perguntas adicionais.

"Agora que percebemos que esta atividade é altamente abundante neste habitat microbiano, podemos começar a explorar uma série de novas ideias de por que ele pode estar presente, e como isso pode estar afetando o hospedeiro humano e outros micróbios, " ela disse.

Sem este tipo de ferramenta, Balskus disse, é incrivelmente difícil descobrir uma nova química no microbioma intestinal devido às semelhanças compartilhadas por muitas enzimas.

"Estávamos interessados ​​no desafio de distinguir membros da mesma família de enzimas que têm atividades diferentes entre si, "ela disse." Membros de uma família humana podem ser intimamente relacionados, mas têm ocupações muito diferentes, e este também é o caso das famílias de enzimas. Uma família de enzimas pode ser semelhante em termos de suas sequências de aminoácidos, mas os membros individuais da família frequentemente evoluíram para realizar transformações químicas muito diferentes. "

Balskus espera que a nova técnica permita aos pesquisadores identificar e caracterizar novas enzimas em um esforço para entender melhor os processos metabólicos das comunidades microbianas e seu impacto nos organismos e ambientes circundantes.

"Espero que esta seja uma contribuição importante e um passo para enfrentar este enorme problema de proteínas não caracterizadas nas comunidades microbianas, "disse ela." Este é um problema não apenas para o microbioma intestinal humano, mas para qualquer comunidade microbiana. E essas comunidades estão literalmente em todos os lugares da Terra! "

Daqui para frente, Balskus acredita que a técnica pode até lançar alguma luz sobre como o microbioma intestinal humano afeta a saúde humana.

"No futuro, podemos começar a pensar sobre coisas como análises comparativas, "disse ela." Neste artigo, analisamos apenas os dados de humanos saudáveis. Mas realmente gostaríamos de comparar a abundância de enzimas em microbiomas de indivíduos saudáveis ​​e pacientes que sofrem de várias doenças. Isso poderia nos dar um vislumbre de como as atividades metabólicas no microbioma intestinal podem estar mudando com a doença. Se houver certas enzimas que são particularmente abundantes em pacientes com uma determinada doença, eles podem ser potenciais alvos terapêuticos. "