Perfil do microbioma intestinal humano com dados de metagenoma em brasileiros

Abstract

O microbioma humano engloba o complemento total dos genes microbianos, produtos gênicos e genomas da microbiota que habitam o corpo. Algumas das relações da microbiota com o hospedeiro já ficaram bem definidas pela literatura científica. Cada indivíduo parece carregar seu próprio conjunto, amplamente individual, de cepas microbianas, que são adquiridas no início da vida, diferem entre ambientes e populações e podem persistir por anos ou passar por transições relativamente rápidas. A composição do microbioma intestinal varia entre os indivíduos devido a fatores intrínsecos e extrínsecos do microbioma, relacionados tanto com o ambiente, como com fatores de estilo de vida e a genética do hospedeiro. Este trabalho foi desenvolvido com o objetivo de caracterizar o Microbioma Intestinal Humano (MIH) em uma amostra da população brasileira com características de estilo de vida urbano e industrializado, e, correlacionar com os fatores sexo, idade e IMC. Em cooperação técnica entre o LAPOGE-UFSC e o laboratório Biogenetika, realizamos as análises do MIH. Amostras de fezes foram coletadas de Abril/2018 a Abril/2020, imediatamente enviadas ao laboratório para extração de DNA e armazenamento. O DNA foi preparado seguindo protocolo padrão Illumina (NexSeq500), utilizando-se a tecnologia de sequenciamento Whole Genome Shotgun (WGS). Os dados de sequenciamento foram disponibilizados para análises de bioinformática. Participaram da pesquisa 85 indivíduos brasileiros adultos e idosos, sendo 26 homens e 59 mulheres, com IMC variando de desnutrição a obesidade. Todas as regiões brasileiras obtiveram representante. Os participantes possuem estilo de vida urbano, industrializado, sendo expostos a fatores como estresse, alimentação de diversificada, água tratada, boas condições de saneamento básico, uso de medicamentos e antibióticos, dentre outros fatores característicos. Encontramos 11 filos bacterianos, sendo os mais abundantes Bacteroidetes, seguido por Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria, Verrucomicrobia. Relacionamos positivamente a elevação das Proteobactérias com a idade. Obtivemos a dominância dos gêneros Bacteroides seguido por Prevotella e Alistipes. Encontramos 8 gêneros bacterianos como núcleo do microbioma amostrado. Encontramos 357 espécies, sendo que 13 destas foram as mais abundantes e 11 atingiram alta prevalência. Encontramos espécies relacionadas aos táxons VANISH (Voláteis e/ou Associados Negativamente às Sociedades Industrializadas de Humanos), como as pertencentes ao gênero Prevotella. Avaliamos a Raridade havendo diferença significativa pelo teste de Mann-Whitney. Na análise de diversidade beta, por Bray-Curtis, foi possível identificar os enterótipos Prevotella copri e Bacteroidetes. Propomos, para caracterizar a população brasileira caracterizada por esta amostra, o gênero Bacteroides como representante. Estas amostras fazem parte de um banco de dados, que está sendo montado com dados de metagenomica por Shotgun, portanto inédito na população brasileira.

Abstract: The human microbiome encompasses the full complement of microbial genes, gene products, and microbiota genomes that inhabit the body. Some of the relationships between the microbiota and the host have already been well defined by the scientific literature. Everyone appears to carry its own, largely individual, set of microbial strains, which are acquired early in life, differ across environments and populations, and may persist for years or undergo relatively rapid transitions. The composition of the gut microbiome varies between individuals due to intrinsic and extrinsic factors of the microbiome, related to both the environment, lifestyle factors and the genetics of the host. This work was developed with the objective of characterizing the Human Intestinal Microbiome (HIM) in a sample of the Brazilian population with characteristics of urban and industrialized lifestyle, and to correlate with the factors sex, age and BMI. In technical cooperation between LAPOGE-UFSC and the Biogenetika laboratory, we performed the HIM analyses. Stool samples were collected from April/2018 to April/2020, immediately sent to the laboratory for DNA extraction and storage. DNA was prepared following standard Illumina protocol (NexSeq500), using Whole Genome Shotgun (WGS) sequencing technology. Sequencing data were made available for bioinformatics analyses. A total of 85 brazilian, adults and elderly individuals, participated in the research, 26 men and 59 women, with BMI ranging from malnutrition to obesity. All brazilian regions obtained a representative. Participants have an urban, industrialized lifestyle, being exposed to factors such as stress, diversified food, treated water, good sanitation conditions, use of medicines and antibiotics, among other characteristic factors. We found 11 bacterial phyla, the most abundant being Bacteroidetes, followed by Firmicutes, Proteobacteria, Actinobacteria, Verrucomicrobia. We positively related the increase in Proteobacteria with age. We obtained the dominance of the Bacteroides genera followed by Prevotella and Alistipes. We found 8 bacterial genera as the core of the sampled microbiome. We found 357 species, 13 of which were the most abundant and 11 reached high prevalence. We found species related to VANISH taxa (Volatile and/or Negatively Associated with Human Industrialized Societies), such as those belonging to the genus Prevotella. We evaluated Rarity with a significant difference using the Mann-Whitney test. In the beta diversity analysis, by Bray-Curtis, it was possible to identify the enterotypes Prevotella copri and Bacteroidetes. We propose, to characterize the brazilian population characterized by this sample, the genus Bacteroides as a representative. These samples are part of a database, which is being assembled with metagenomics data by Shotgun, therefore unprecedented in the Brazilian population.