Análise Integrada de Dados de Microbioma e Transcriptoma Desvendando a Interacção Dinâmica entre Comunidades Hospedeiras e Microbianas

Na busca por compreender a intrincada interacção entre organismos e o seu ambiente, os investigadores têm cada vez mais voltado a sua atenção para a investigação conjunta de transcriptomas e microbiomas. Esta abordagem inovadora procura esclarecer as relações dinâmicas entre organismos hospedeiros e as diversas comunidades microbianas que residem neles. Ao integrar transcriptómica e análise de microbioma, os cientistas conseguem agora explorar os mecanismos moleculares subjacentes a estas interacções, levando a descobertas revolucionárias em várias áreas, desde a saúde e doença até à ecologia e além.

Integração de diferentes métodos e conjuntos de dados ómicos. (Bisht ET AL., 2021)

Como Realizar Análise Conjunta de Transcriptoma e Microbioma?

Realizar investigação conjunta sobre o transcriptoma e microbioma envolve investigar os mecanismos regulatórios intrínsecos do fenótipo tanto a partir da perspectiva do gene hospedeiro como da comunidade bacteriana. O transcriptoma foca principalmente genes expressos diferencialmente e vias funcionais ao nível do gene hospedeiro, enquanto o microbioma se concentra na análise do impacto das alterações no fenótipo/estado de saúde do hospedeiro no equilíbrio da comunidade bacteriana e vice-versa. Ao combinar estas abordagens, a relação entre o fenótipo do hospedeiro e o microbioma pode ser explorada de forma abrangente.

Pontos de Atenção para Investigação Conjunta de Transcriptoma e Microbioma:

• Selecção de Amostras: Escolher amostras apropriadas com base nos objectivos da investigação. Para investigação de microbioma, considerar a diversidade microbiana, levando a uma selecção de amostras mais extensa. Para investigação de macro-genoma, optar por amostras com menor conteúdo de hospedeiro para minimizar a interferência do hospedeiro e garantir a qualidade dos dados.
• Repetições Biológicas: Para obter resultados fiáveis, usar um número suficiente de amostras tanto nas análises de transcriptoma como de microbioma. Almejar pelo menos 3-5 amostras por grupo para cada análise. Se realizar análise de associação histológica, manter uma correspondência um-a-um entre amostras de transcriptoma e microbioma, garantindo o mesmo número de amostras em cada grupo (≥30 casos/grupo para amostras clínicas e ≥15 casos/grupo para análise WGCNA).
• Preservação de Amostras: Se usar a mesma amostra para estudos de transcriptoma e microbioma, dividir a amostra em duas partes e armazená-las a -80°C. Para amostras valiosas, é aconselhável manter uma amostra de backup para referência futura.

Na investigação conjunta, também é crucial correlacionar genes expressos diferencialmente/vias funcionais com flora bacteriana específica para identificar microrganismos chave que regulam a expressão genética do hospedeiro ou genes chave do hospedeiro que influenciam o equilíbrio da flora chave. Para estabelecer relações causais entre genes do hospedeiro e flora, podem ser realizados experimentos como Transplante de Microbiota Fecal (FMT). Seguindo estas diretrizes, os investigadores podem obter insights valiosos sobre as complexas interacções entre o transcriptoma, microbioma e o fenótipo/estado de saúde do hospedeiro.

Investigação da Toxicidade Neurocomportamental em Peixes Induzida por Micro/Nanoplásticos

A toxicidade neurocomportamental induzida por micro/nanoplásticos no peixe, Ctenopharyngodon idellus, foi explorada a partir da perspectiva do "eixo intestino-cérebro." O sequenciamento da diversidade microbiana do intestino do peixe revelou alterações em espécies potenciais que secretam neurotransmissores, com aumento da abundância de Clostridia e Bacillus na presença de nanopartículas (NPs) e diminuição da abundância na presença de microfibras (MFs). O sequenciamento do transcriptoma do tecido cerebral do peixe identificou vias enriquecidas relacionadas a interacções de ligandos-receptores neuroativos e sinapses 5-hidroxitriptaminérgicas em ambos os grupos de NPs e MFs, enquanto as vias sinápticas dopaminérgicas foram enriquecidas apenas no grupo de MFs. Estas descobertas sugerem um novo mecanismo de neurotransmissor pelo qual micro/nanoplásticos podem induzir toxicidade comportamental através do eixo cérebro-intestino-microbiota, sem envolver análise histológica conjunta.

Análise Comparativa de Transcriptomas e Microbiomas Radiculares em Trigo Tolerante à Salinidade

Os investigadores apresentam uma comparação abrangente dos transcriptomas radiculares e microbiomas entre a linha de introgressão de trigo tolerante à salinidade SR4 (derivada de um cruzamento somático entre trigo e festuca alta) e a sua variedade parental de trigo JN177. O estudo teve como objetivo compreender os mecanismos de regulação da expressão genética relacionados à arquitectura microbiana radicular em JN177 e SR4. Através da análise conjunta de dados de transcriptoma e diversidade microbiana, foram identificados módulos de co-expressão em solos normais e salinos utilizando análise de rede de co-expressão gênica ponderada (WGCNA). Genes centrais dentro destes módulos também foram caracterizados. Além disso, o artigo investigou a relação entre os valores genéticos característicos dos módulos e diferentes táxons microbianos enriquecidos. Além disso, foram identificados genes que regulam o microbioma radicular do trigo sob estresse salino.

Diversidade Microbiana e Análise de Transcriptoma na Mucosa Colónica de Pacientes com Fibrose Cística

Os investigadores exploraram alterações na expressão genética e composição da flora na mucosa colónica de pacientes com fibrose cística (FC) utilizando sequenciamento de diversidade microbiana e transcriptoma. Ao analisar as interacções hospedeiro-microbe, o estudo sugeriu que estas interacções podem desempenhar um papel crucial na patogénese do câncer colorretal em FC. A investigação utilizou mapa de calor de correlação, diagrama de rede de correlação e outros métodos para entender as associações entre a expressão genética e a composição microbiana. Estas descobertas fornecem potenciais biomarcadores para prever o risco de câncer colorretal em pacientes com FC.

Referências:

1. Bisht, Vartika, et al. "Integração dos dados do microbioma, metaboloma e transcriptómica identificou nova regulação de vias metabólicas no câncer colorretal." International journal of molecular sciences 22.11 (2021): 5763.
2. Fyhrquist, Nanna, et al. "Interacção microbe-hospedeiro na dermatite atópica e psoríase." Nature communications 10.1 (2019): 4703.
3. Hou, Shiji, et al. "Um circuito microbiota-raiz-folha favorece o crescimento de Arabidopsis em detrimento da defesa sob luz subótima." Nature Plants 7.8 (2021): 1078-1092.