Publicação

Can evolution of gut microbiota alter C. elegans longevity?

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Na natureza, os organismos interagem entre si e com o seu ambiente, criando assim interacções ecológicas que influenciam processos evolutivos. Este tipo de interacções tem vindo a ser descrito e estudado como feedbacks entre processos ecológicos e evolutivos. Um exemplo particular é a interacção entre hospedeiros e microorganismos, uma vez que os microorganismos são fundamentais para a fisiologia e ecologia dos seus hospedeiros. Dentro da comunidade microbiológica, o microbiota intestinal tem sido largamente estudado uma vez que pode influenciar o desenvolvimento embrionário, bem como a saúde em indivíduos adultos ao providenciar nutrientes e metabolizar compostos não digestíveis. A interacção entre hospedeiro e microbiota intestinal pode ser estudada em organismos modelo, como é o caso de C. elegans. Este nemátode tem sido reconhecido como fundamental para ecologia dos solos e as suas bactérias intestinais influenciam processos como resposta imunitária, fecundidade e longevidade. Na natureza, o microbiota de C. elegans é bastante complexo, sendo composto por diversas espécies de bactérias. Contudo, em ambiente laboratorial o microbiota do nemátode pode ser estudado com uma única espécie de bactéria. Diversos estudos têm abordado a interacção entre C. elegans e bactérias intestinais. Hoje em dia sabe-se que diferentes estirpes de bactérias influenciam de modo diferente o seu hospedeiro, nomeadamente a sua longevidade. Adicionalmente, a relação do nemátode com as bactérias intestinais muda ao longo da vida do mesmo, passando de uma relação predador-presa para uma relação hospedeiro-agente patogénico. Esta alteração na interacção dos dois organismos está directamente relacionada com a acumulação de bactérias no intestino, que por sua vez está directamente relacionada com níveis de patogenicidade. Para além deste efeito de acumulação bacteriana, as bactérias também podem influenciar a longevidade dos organismos através de outros mecanismos, nomeadamente existem diversas bactérias que são patogénicas para C. elegans. Um exemplo é a bactéria Serratia marcescens, conhecida por ser patogénica oportunista para humanos e patogénica para o nemátode. O estudo de bactérias patogénicas como microbiota intestinal em C. elegans é bastante vantajoso, uma vez que estas são capazes de colonizar o intestino do nemátode. Atendendo a esta interacção entre hospedeiro e bactérias patogénicas, o principal objectivo deste trabalho foi investigar se a evolução do microbiota intestinal está directamente relacionada com alterações no hospedeiro, nomeadamente, alterações na longevidade do mesmo. Para tal, foi utilizado um protocolo de evolução experimental onde o microbiota intestinal do nemátode foi seleccionado através da longevidade de C. elegans. De modo a seleccionar microbiota intestinal capaz de alterar a longevidade do hospedeiro, este foi seleccionado em diferentes intervalos de tempo, o que permite seleccionar para menor ou maior longevidade. Adicionalmente, foram utilizadas duas estirpes diferentes de C. elegans, a N2 (wild-type) e a mutante derivada PS3551 que possui uma mutação no gene hsf-1. Este gene está relacionado com respostas a stress e tem sido associado a alterações na longevidade de C. elegans, uma vez que a perda de função deste gene leva a uma diminuição da longevidade. Neste trabalho foi também desenvolvido um novo protocolo que permite criar condições experimentais de modo a testar o impacto de diferentes níveis de selecção na evolução de bactérias, uma vez que a selecção pode actuar em diferentes níveis biológicos. Estudos anteriores demonstraram a importância de uma análise com diferentes níveis de selecção na interpretação de certos processos evolutivos, nomeadamente na evolução de organismos patogénicos. Por fim, neste trabalho é apresentado um novo protocolo que permite transferir nemátodes adultos de forma muito rápida e com pouco esforço. Neste protocolo, os indivíduos são transferidos com um filtro que permite separar os adultos de ovos e larvas e transferir cerca de 300 indivíduos de uma só vez. Isto permite reduzir o tempo dedicado à transferência de indivíduos, possibilitando o aumento do número de populações experimentais e consequentemente o número de condições experimentais em teste. Os nossos resultados indicam que a selecção indirecta do microbiota intestinal influencia de modo claro a longevidade do hospedeiro, uma vez que após apenas um ciclo de selecção, nemátodes expostos a microbiota seleccionado tinham uma maior longevidade. Até à data, a evolução do microbiota intestinal através da selecção de uma característica do hospedeiro nunca tinha sido aplicada num hospedeiro animal e os nossos resultados abrem a porta para a possibilidade de seleccionar o microbiota de modo a melhor as características do hospedeiro. Apesar de ter sido demonstrado que a longevidade de C. elegans é alterada em função da selecção do seu microbiota, não foi possível seleccionar diferentes bactérias capazes de diminuir ou aumentar a longevidade. Contudo, este resultado provavelmente deve-se ao facto de se ter feito apenas um ciclo de selecção e provavelmente com mais ciclos de selecção será possível seleccionar diferentes bactérias, uma vez que se sabe que existem estirpes específicas de bactérias capazes de aumentar ou diminuir a longevidade de C. elegans. Os nossos resultados também demonstram que o protocolo utilizado para criar diferentes condições experimentais com diferentes níveis de selecção funciona e que esta abordagem é importante para a evolução das bactérias. De facto, o aumento na longevidade de C. elegans foi apenas visto quando os animais se encontravam numa condição em que a selecção individual a nível das bactérias é menor. O aumento de longevidade está relacionado com o facto de se estar a seleccionar uma bactéria menos patogénica, o que só é possível quando a selecção individual é reduzida, uma vez que em competição directa uma bactéria mais patogénica deverá ter um maior fitness. Uma vez mais, estes resultados mostram que a evolução da interacção entre hospedeiro e microbiota do intestino é um processo complexo e futuros estudos poderão ter em consideração diferentes níveis de selecção. Neste trabalho, também foi demonstrado que a competição entre bactérias pode, por si só, influenciar a longevidade de C. elegans, uma vez que a longevidade do nemátode quando exposto a uma única estirpe bacteriana é diferente da longevidade quando expostos a uma mistura das mesmas estirpes. Este resultado é bastante interessante tendo em conta que na natureza o microbiota de C. elegans não é composto por apenas uma espécie de bactéria, mas sim por diversas espécies que poderão competir entre si. Finalmente, C. elegans expostos a bactérias com novas resistências a antibióticos têm uma maior longevidade, o que evidencia a importância da resistência a antibióticos no estudo da interacção entre hospedeiros e microorganismos.
Autores principais:	Laranjeira, Ana Cristina Pereira Gavião
Assunto:	Interacções hospedeiro-agente patogénico Microbiota intestinal Longevidade Evolução experimental Níveis de selecção Teses de mestrado - 2016
Ano:	2016
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	Na natureza, os organismos interagem entre si e com o seu ambiente, criando assim interacções ecológicas que influenciam processos evolutivos. Este tipo de interacções tem vindo a ser descrito e estudado como feedbacks entre processos ecológicos e evolutivos. Um exemplo particular é a interacção entre hospedeiros e microorganismos, uma vez que os microorganismos são fundamentais para a fisiologia e ecologia dos seus hospedeiros. Dentro da comunidade microbiológica, o microbiota intestinal tem sido largamente estudado uma vez que pode influenciar o desenvolvimento embrionário, bem como a saúde em indivíduos adultos ao providenciar nutrientes e metabolizar compostos não digestíveis. A interacção entre hospedeiro e microbiota intestinal pode ser estudada em organismos modelo, como é o caso de C. elegans. Este nemátode tem sido reconhecido como fundamental para ecologia dos solos e as suas bactérias intestinais influenciam processos como resposta imunitária, fecundidade e longevidade. Na natureza, o microbiota de C. elegans é bastante complexo, sendo composto por diversas espécies de bactérias. Contudo, em ambiente laboratorial o microbiota do nemátode pode ser estudado com uma única espécie de bactéria. Diversos estudos têm abordado a interacção entre C. elegans e bactérias intestinais. Hoje em dia sabe-se que diferentes estirpes de bactérias influenciam de modo diferente o seu hospedeiro, nomeadamente a sua longevidade. Adicionalmente, a relação do nemátode com as bactérias intestinais muda ao longo da vida do mesmo, passando de uma relação predador-presa para uma relação hospedeiro-agente patogénico. Esta alteração na interacção dos dois organismos está directamente relacionada com a acumulação de bactérias no intestino, que por sua vez está directamente relacionada com níveis de patogenicidade. Para além deste efeito de acumulação bacteriana, as bactérias também podem influenciar a longevidade dos organismos através de outros mecanismos, nomeadamente existem diversas bactérias que são patogénicas para C. elegans. Um exemplo é a bactéria Serratia marcescens, conhecida por ser patogénica oportunista para humanos e patogénica para o nemátode. O estudo de bactérias patogénicas como microbiota intestinal em C. elegans é bastante vantajoso, uma vez que estas são capazes de colonizar o intestino do nemátode. Atendendo a esta interacção entre hospedeiro e bactérias patogénicas, o principal objectivo deste trabalho foi investigar se a evolução do microbiota intestinal está directamente relacionada com alterações no hospedeiro, nomeadamente, alterações na longevidade do mesmo. Para tal, foi utilizado um protocolo de evolução experimental onde o microbiota intestinal do nemátode foi seleccionado através da longevidade de C. elegans. De modo a seleccionar microbiota intestinal capaz de alterar a longevidade do hospedeiro, este foi seleccionado em diferentes intervalos de tempo, o que permite seleccionar para menor ou maior longevidade. Adicionalmente, foram utilizadas duas estirpes diferentes de C. elegans, a N2 (wild-type) e a mutante derivada PS3551 que possui uma mutação no gene hsf-1. Este gene está relacionado com respostas a stress e tem sido associado a alterações na longevidade de C. elegans, uma vez que a perda de função deste gene leva a uma diminuição da longevidade. Neste trabalho foi também desenvolvido um novo protocolo que permite criar condições experimentais de modo a testar o impacto de diferentes níveis de selecção na evolução de bactérias, uma vez que a selecção pode actuar em diferentes níveis biológicos. Estudos anteriores demonstraram a importância de uma análise com diferentes níveis de selecção na interpretação de certos processos evolutivos, nomeadamente na evolução de organismos patogénicos. Por fim, neste trabalho é apresentado um novo protocolo que permite transferir nemátodes adultos de forma muito rápida e com pouco esforço. Neste protocolo, os indivíduos são transferidos com um filtro que permite separar os adultos de ovos e larvas e transferir cerca de 300 indivíduos de uma só vez. Isto permite reduzir o tempo dedicado à transferência de indivíduos, possibilitando o aumento do número de populações experimentais e consequentemente o número de condições experimentais em teste. Os nossos resultados indicam que a selecção indirecta do microbiota intestinal influencia de modo claro a longevidade do hospedeiro, uma vez que após apenas um ciclo de selecção, nemátodes expostos a microbiota seleccionado tinham uma maior longevidade. Até à data, a evolução do microbiota intestinal através da selecção de uma característica do hospedeiro nunca tinha sido aplicada num hospedeiro animal e os nossos resultados abrem a porta para a possibilidade de seleccionar o microbiota de modo a melhor as características do hospedeiro. Apesar de ter sido demonstrado que a longevidade de C. elegans é alterada em função da selecção do seu microbiota, não foi possível seleccionar diferentes bactérias capazes de diminuir ou aumentar a longevidade. Contudo, este resultado provavelmente deve-se ao facto de se ter feito apenas um ciclo de selecção e provavelmente com mais ciclos de selecção será possível seleccionar diferentes bactérias, uma vez que se sabe que existem estirpes específicas de bactérias capazes de aumentar ou diminuir a longevidade de C. elegans. Os nossos resultados também demonstram que o protocolo utilizado para criar diferentes condições experimentais com diferentes níveis de selecção funciona e que esta abordagem é importante para a evolução das bactérias. De facto, o aumento na longevidade de C. elegans foi apenas visto quando os animais se encontravam numa condição em que a selecção individual a nível das bactérias é menor. O aumento de longevidade está relacionado com o facto de se estar a seleccionar uma bactéria menos patogénica, o que só é possível quando a selecção individual é reduzida, uma vez que em competição directa uma bactéria mais patogénica deverá ter um maior fitness. Uma vez mais, estes resultados mostram que a evolução da interacção entre hospedeiro e microbiota do intestino é um processo complexo e futuros estudos poderão ter em consideração diferentes níveis de selecção. Neste trabalho, também foi demonstrado que a competição entre bactérias pode, por si só, influenciar a longevidade de C. elegans, uma vez que a longevidade do nemátode quando exposto a uma única estirpe bacteriana é diferente da longevidade quando expostos a uma mistura das mesmas estirpes. Este resultado é bastante interessante tendo em conta que na natureza o microbiota de C. elegans não é composto por apenas uma espécie de bactéria, mas sim por diversas espécies que poderão competir entre si. Finalmente, C. elegans expostos a bactérias com novas resistências a antibióticos têm uma maior longevidade, o que evidencia a importância da resistência a antibióticos no estudo da interacção entre hospedeiros e microorganismos.