Hot Talks Parte 2 de 7: Michael Kogut – Alimentando o animal, o sistema imunológico e a microbiota

Phytobiotics: Bom dia Mike, obrigado por ser nosso convidado hoje.

Sua pesquisa tem relatado à influência da alimentação no sistema imunológico e na microbiota de animais de produção. Como os resultados desta pesquisa moldaram seu conhecimento sobre esse importante sistema?

Michael Kogut: Acho surpreendente que a microbiota intestinal esteja tão envolvida na função do sistema imunológico, local e sistemicamente, mas juntas a microbiota e o sistema imunológico regulam tanto da fisiologia de todo o animal desde o cérebro, o pulmão, o fígado e o músculo. Nosso trabalho agora é essencialmente integrar qual é o envolvimento da microbiota, o que a microbiota está produzindo que pode ser usado para modular a imunidade.

Meu laboratório sempre esteve envolvido com o porque as coisas funcionam da maneira que funcionam. Entender como a microbiota, seus produtos e o sistema imunológico trabalham juntos para regular a fisiologia do hospedeiro sempre foi mais intrigante para mim do que descrever o que foi encontrado se o animal recebesse um nutriente ou aditivo. 

PB: Alimentar o sistema imunológico tem um custo. Você pode explicar quais mecanismos tornam esse sistema caro para o animal?

MK: O sistema imunológico precisa de energia para funcionar de forma ideal. Os custos da ativação da imunidade inata são bioenergeticamente caros – o desvio de energia química para longe da manutenção de características fisiológicas. Além disso, os animais de produção são confrontados não apenas com desafios frequentes do sistema imunológico de infecções microbianas, mas também com inflamação intestinal crônica causada por mudanças na alimentação e outros estresses ambientais. 

Embora as quantidades e os balanços de nutrientes necessários para uma resposta imune robusta não sejam conhecidos, o sistema imunológico claramente requer um suprimento contínuo de nutrientes que aumenta durante uma resposta. Essas demandas nutricionais provavelmente resultam em compensações com processos concorrentes, como crescimento e reprodução.

PB: É possível estimar esse custo, por exemplo, para uma enterite subclínica vs uma enterite grave?

MK: Não conheço nenhum estudo que tenha proporcionado um "custo" financeiro para a inflamação, subclínica ou clínica. A inflamação crônica de baixo grau induz um desequilíbrio entre a disponibilidade e o gasto energético celular. A inflamação aumenta a necessidade de células imunes para a geração rápida de energia celular. Para atender a essa necessidade, as células imunes mudam para a glicólise aeróbica para produção de energia, uma via menos eficiente, mas de ação rápida. A dependência prolongada da glicólise aeróbica leva à redução da disponibilidade de nutrientes e, portanto, menor disponibilidade de energia para a produção de ovos, carne ou leite. Para compensar, o corpo aumenta o metabolismo lipídico e proteico para a produção de ATP. 

PB: Como a microbiota está envolvida na interação com o sistema imunológico e o hospedeiro?

MK: O sistema imunológico co-evoluiu junto com uma flora intestinal diversificada, não apenas para criar defesas contra patógenos, mas também para desenvolver tolerância a microrganismos benéficos. Como consequência, o sistema imunológico e a microbiota intestinal desenvolveram uma relação mutualista, regulando-se mutuamente e cooperando para apoiar um ao outro. A importância dessa interação é destacada pelo fato de que 70-80% das células imunológicas do corpo são encontradas no intestino. O diálogo entre o sistema imunológico e a microbiota começa no nascimento ou na eclosão. À medida que o animal cresce, a microbiota molda o desenvolvimento do sistema imunológico, e o sistema imunológico molda a composição da microbiota. 

Em condições normais, o sistema imunológico promove o crescimento de microrganismos benéficos e ajuda a manter uma comunidade microbiana estável, enquanto em troca uma microbiota saudável produz metabólitos que apoiam o desenvolvimento de células imunes e contribuem para o ajuste fino das respostas imunes. 

PB: E quais são os efeitos decorrentes de uma homeostase desequilibrada entre o hospedeiro e seu microbioma?

MK: A disbiose ocorre quando há uma perturbação na composição e/ou função da microbiota que leva a um desequilíbrio entre bactérias benéficas e nocivas, resultando em uma resposta imune indesejada contra bactérias comensais. A disbiose leva a uma redução dos membros da microbiota, levando a uma composição alterada e menor diversidade. Uma diminuição das funções essenciais que afetam diretamente a atividade metabólica, que pode privar o hospedeiro de produtos finais valiosos, levando a uma pior saúde intestinal e a queda de desempenho animal é a consequência. 

O sistema imunológico intestinal reconhece essas alterações da microbiota e "ataca" a microbiota como um invasor estranho, resultando em uma ativação de células Th17 e na produção de citocinas e quimiocinas pró-inflamatórias, atrofia das vilosidades, um influxo de células inflamatórias para a lâmina própria, ou seja, inflamação.

A disbiose também interrompe a resistência à colonização, permitindo que patógenos como Salmonella typhimurium ou Clostridium perfringens tenham uma "abertura" fisiológica a ser explorada para colonização. Os patógenos alteram o campo de jogo, induzindo inflamação e causando outras alterações fisiológicas (diarreia) que influenciam o ambiente intestinal para promover seu próprio crescimento.

Durante a homeostase, os comensais promovem a indução de tolerância imunológica pela ativação de células T reguladoras e macrófagos que detectam diretamente produtos microbianos ou metabólitos. 

PB: Existem nutrientes que são especificamente necessários durante um desafio inflamatório?

MK: As respostas inflamatórias são energeticamente caras, exigindo a realocação de nutrientes (glicose, aminoácidos, lipídios) para alimentar a ativação imune. Processos inflamatórios estão associados ao estresse oxidativo excessivo, redução do consumo de ração e repartição da energia direcionada aos mecanismos de defesa celular em vez de ser utilizada para a produção. Além disso, as vias inflamatórias promovem o catabolismo muscular para fornecer aminoácidos e substratos energéticos para as respostas imunes. Essas mudanças no metabolismo também explicam os efeitos prejudiciais sobre o desempenho e as características de carcaça comumente associadas à inflamação crônica, que resulta em perdas econômicas significativas.

PB: O impacto da nutrição no sistema imunológico e na microbiota deve ser mais considerado em futuras formulações de rações?

MK: As interações entre a nutrição, o microbioma e o hospedeiro determinam processos fisiológicos cruciais, incluindo imunidade, funções metabólicas e suscetibilidade a doenças. Ao contrário do animal, o microbioma apresenta grande plasticidade frente aos fatores ambientais, ou seja, dieta e nutrição. Assim, é bem possível que as dietas sejam ajustadas para manter a homeostase entre o hospedeiro e o microbioma com o menor custo possível.

PB: Falando sobre perspectivas futuras – onde você recomenda que a academia e a indústria pecuária concentrem atividades de P&D para gerenciar essa homeostase em animais de produção?

MK: Precisamos começar a pensar um pouco mais fora da caixa; ou seja, quebrar alguns dos velhos paradigmas. Primeiro, comece a se concentrar na função ou mecanismo de ação: Entender a atividade funcional do intestino ou seções do intestino é imperativo antes de podermos determinar o COMO fazemos isso. Em segundo lugar, precisamos de uma melhor compreensão da ecologia microbiana ou de como as populações microbianas trabalham juntas para interagir com o hospedeiro. 
Agora temos as ferramentas disponíveis, sequenciamento de alto rendimento, metatranscriptômica e metaproteômica, para começar a desvendar essas interações para identificar moléculas que são usadas para se comunicar com o sistema imunológico e a microbiota em todas as partes do intestino. Seria tolice acreditar que o que está acontecendo no intestino superior não tem efeito sobre o que está acontecendo no intestino inferior. Há um tempo e um lugar para os tradicionais testes do tipo “alimente-os e pese-os", mas eles devem vir depois de entender como um aditivo ou produto químico ou tratamento funciona mecanicamente.

PB: Obrigado pela entrevista. 

Especialista Michael Kogut, Ph.D., Microbiologista, Cientista Líder, USDA-ARS, Texas, EUA

Mike Kogut é Microbiologista de Pesquisa e Cientista Líder na Unidade de Pesquisa de Segurança de Alimentos e Rações do Southern Plains Agricultural Research Center, Estação Universitária, Texas, EUA.
A pesquisa de Mike está focada na saúde intestinal das aves e nas interações entre o animal, sua microbiota intestinal e a dieta. Entre outros tópicos, Mike investigou especificamente o papel da microbiota intestinal na imunidade e infecção, o impacto dos metabólitos dietéticos na modulação das respostas imunes, as vias metabólicas subjacentes envolvidas na homeostase do hospedeiro/microbiota e intervenções dietéticas para apoiar e manter a saúde intestinal.

Ao longo de sua carreira acadêmica, Mike publicou mais de 190 artigos revisados por pares, 11 capítulos de livros e recebeu 5 patentes.