Os humanos urbanos perderam grande parte da sua capacidade de digerir plantas

As populações rurais ainda possuem muitas bactérias intestinais que decompõem a celulose.

A celulose é o principal componente das paredes celulares das plantas, tornando-a o polímero mais comum na Terra. É responsável pelas propriedades de materiais como madeira e algodão e é o principal componente da fibra alimentar, por isso é difícil exagerar a sua importância para a humanidade.

Dada a sua onipresença e o fato de ser composto por um monte de moléculas de açúcar ligadas entre si, sua resistência torna muito difícil seu uso como fonte de alimento. Os animais que conseguem extrair calorias significativas da celulose normalmente o fazem através de tratos digestivos especializados que fornecem um lar para bactérias simbióticas – pense nos estômagos extras de vacas e outros ruminantes.

Surpreendentemente, os humanos também hospedam bactérias que podem decompor a celulose – algo que não foi confirmado até 2003 (muito depois de eu ter concluído meus estudos). Agora, um novo estudo indica que hospedamos uma mistura de bactérias comedoras de celulose, algumas através da nossa ancestralidade primata, e outras através da nossa domesticação de herbívoros, como as vacas. Mas a vida urbana fez com que o número destas bactérias diminuísse drasticamente.

Encontrando os comedores de plantas

Embora bactérias comedoras de celulose que fazem dos humanos seu lar tenham sido encontradas em 2003, apenas uma única espécie desse grupo foi identificada desde então. O trabalho aqui, realizado por uma grande colaboração internacional, concentrou-se em obter uma imagem mais completa do que vive em nossas entranhas. Para isso, obtiveram amostras de intestino de humanos e ruminantes. Eles foram usados ​​para obter DNA das bactérias que ali vivem, que foram usados ​​para sequenciamento de DNA.

A análise computacional do DNA tornou-se boa o suficiente para poder pegar todas as sequências obtidas de uma população aleatória de espécies e montar os genomas de espécies individuais a partir da mistura. Esses genomas foram então comparados aos de bactérias conhecidas que digerem celulose para identificar aquelas com coleções semelhantes de genes. (Os digestores de celulose tendem a construir grandes estruturas proteicas que permitem que enzimas de digestão especializadas se agrupem, e os investigadores procuraram genes com características que permitissem este tipo de agrupamento.)

No final, identificaram 25 genomas de ruminantes e outros 22 de humanos. Uma análise evolutiva sugeriu que havia quatro grupos distintos de espécies que digerem celulose em humanos.

Para ter uma melhor noção destas bactérias, os investigadores obtiveram mais amostras de intestino humano, juntamente com as de outros primatas, bem como algumas amostras de cocó vintage que os humanos deixaram para trás há mais de 1.000 anos – quase 2.000 amostras no total. Uma coisa que ficou clara é que algumas dessas linhagens têm uma longa história em nossos ancestrais. Alguns deles têm ramificações em muitos outros primatas (os pesquisadores verificaram macacos, babuínos, gorilas e chimpanzés), mas não estão presentes em ruminantes.

A outra coisa que ficou clara é que a sua prevalência está a mudar com as mudanças na dieta humana. Em primatas não humanos, a frequência destas estirpes bacterianas estava na faixa de 30-40 por cento. Isso foi semelhante às frequências observadas nas amostras antigas de fezes humanas, mas mais elevada do que a observada nos humanos atuais. Aqui houve uma forte divisão. Os actuais caçadores/colectores e aqueles que vivem num ambiente rural, ambos com dietas muito ricas em fibras, ainda tinham cerca de 20 por cento de prevalência destas espécies que digerem celulose. Em contraste, aqueles nos países industrializados tiveram uma prevalência inferior a 5 por cento.

Em geral, quanto mais fibras na dieta de uma cultura, mais diversificadas eram as bactérias que digerem a celulose. Assim, a sua diversidade em humanos tem diminuído à medida que mais da nossa população muda para a vida urbana.

Reunindo os genes certos

Embora os humanos contenham cepas que herdamos de nossos ancestrais primatas, havia cepas adicionais presentes que não combinavam tão bem. Os pesquisadores descobriram que essas cepas estavam agrupadas entre aquelas presentes em ruminantes. “A nossa análise evolutiva sugere fortemente que [estas estirpes] provavelmente tiveram origem no intestino dos ruminantes e foram posteriormente transferidas para os humanos, possivelmente durante a domesticação”, concluem os investigadores.

Os pesquisadores também examinaram outros genes metabólicos encontrados nos genomas dos digestores de celulose. Estes indicaram que existem adaptações adicionais na dieta do animal. Por exemplo, as estirpes encontradas nos intestinos dos primatas tinham frequentemente genes que permitiam a digestão da quitina, um polímero diferente que é um componente importante dos exoesqueletos dos insectos. Por outro lado, algumas cepas específicas para humanos tinham enzimas que podem quebrar com eficiência as paredes celulares de plantas como arroz, trigo e milho.

A análise destes outros genes metabólicos sugere que foram inicialmente obtidos a partir de outras bactérias encontradas no intestino dos animais. Assim, o processo de transferência horizontal de genes entre espécies parece ser uma característica fundamental da adaptação dos digestores de celulose aos seus hospedeiros.

Assim, embora os humanos não tenham estruturas especializadas para digerir a celulose, ainda há alguma digestão de celulose em nossos intestinos – embora a quantidade dependa muito de nossa dieta. Para ser claro, as bactérias que fazem a digestão estão fazendo isso para seus próprios propósitos. Mas as enzimas que utilizam para a digestão têm de ser exportadas para fora das células, pois é impossível importar os polímeros para dentro das células bacterianas. Assim, pelo menos alguns dos produtos da digestão acabam sendo absorvidos pelo sistema digestivo humano.

Além disso, muitas bactérias intestinais utilizam a energia que obtêm dos nossos alimentos para produzir produtos químicos que são úteis para os seres humanos – o que pode ajudar a explicar alguns dos benefícios das dietas ricas em fibras. Assim, embora estas bactérias possam ser um componente menor da nossa capacidade de processar alimentos, ainda podemos aprender que elas fazem contribuições críticas para a nossa saúde.

Ciência, 2024. DOI: 10.1126/science.adj9223  ( Sobre DOIs ).

https://arstechnica.com/science/2024/03/human-gut-bacteria-that-can-digest-plant-matter-probably-came-from-cows/