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Microbiota Intestinal e sua
Dinâmica Relação com o
Hospedeiro
XV Congresso CBNA Pet
Dr. Maria R. C. de GodoyAssistant Professor
Department of Animal Sciences
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Microbioma
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Microbioma
• TEMA ATUAL!!!
• PubMed: “microbiome”
–2011-2016 = > 18.000 resultados
–1956-2016 = ~ 23.000 resultados
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Microbioma
• TEMA ATUAL!!!
• PubMed:
–Microbiome, feline, nutrition = 24 resultados
–Microbiome, canine, nutrition = 34 resultados
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Avanços Tecnológicos
• Pequeno número de bactérias cultivadas
• Incompletaidentificação de microorganismos
• Inexistência da avaliação da funçãomicrobiana
Passado
• Disponibilidade de várias técnicasmoleculares
• Custo mais accessível
• Desenvolvimento de plataformas paraanálise de dados e bioinformática
Atual
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Avanços Tecnológicos
• Identificação maisefetiva da microbiota
• Investigação da funçãomicrobiana
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Microbioma
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Microbioma
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Microbioma
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Terminologias
Whiteside et al., 2015
Microbiota Metagenoma Microbioma
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Terminologias
Whiteside et al., 2015
Microbiota Metagenoma Microbioma
Identificação taxonômicados microorganismos emum ambiente. Geralmenteusando sequenciamento16S rRNA gene
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Terminologias
Whiteside et al., 2015
Microbiota Metagenoma Microbioma
Identificação taxonômicados microorganismos emum ambiente. Geralmenteusando sequenciamento16S rRNA gene
A quatidade total DNA quepode ser extraída de um determinado ambiente. Pode utilizarsequenciamente 16S rRNAou shotgun/ WGS
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Terminologias
Whiteside et al., 2015
Microbiota Metagenoma Microbioma
Identificação taxonômicados microorganismos emum ambiente. Geralmenteusando sequenciamento16S rRNA gene
A quatidade total DNA quepode ser extraída de um determinado ambiente. Pode utilizarsequenciamente 16S rRNAou shotgun/ WGS
A totalidade dos microorganismos e seusmateriais genéticos(potencial função) em um ambiente. Geralmentedeterminado por shotgun/ WGS.
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Microbioma
• Ecosistema complexo e diversificado
– Bactéria
– Arquea
– Fungos
– Vírus
• Variação individual e entre indivíduos
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Diversidade da Microbiota
Spor et al., 2011
HMP Consortium, 2012
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Diversidade da Microbiota
HMP Consortium, 2012
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Diversidade da Microbiota
Hoffman et al., 2014
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Diversidade da Microbiota
Hoffman et al., 2014
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Modulação do Microbioma
Microbioma
Estado fisiológico
Genética
AmbienteDieta
Patologias
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Relação Microbioma-Hospedeiro
Nicholson et al., 2012
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Relação Microbioma-Hospedeiro
Nicholson et al., 2012
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Relação Microbioma-Hospedeiro
Nicholson et al., 2012
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Relação Microbioma- Hospedeiro
Pontos chave
• Característica da comunidade microbiana?– Bactéria, arquea, fungos, vírus, etc.
• Existência de um núcleo microbiano indicativode saúde or patologias?– Fatores que influenciam?
• Capacidade funcional do microbioma?– Que comunidades microbianas relevantes?
• Função e metabolismo do hospedeiro?
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Relação Microbioma- Hospedeiro
• Trato gastrointestinal é a interface maisimportante entre a microbiota e o hospedeiro
• Ecosistema diverso e complexo
– 500 – 1.000 diferentes espécies
– Atividade simbiótica e/ ou de competição diretaentre comunidades microbianas
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Microbiota: Trato Gastrointestinal Cães e Gatos
• Em cães adultos, densidade microbiana varia aolongo do TGI
– Estômago: 104 to 105 unidades formadoras de colônia(CFU)/g;
• Proteobacteria (>99%): Helicobacter spp.
• Baixo pH, desfavorável para o crescimento e proliferação microbiana
– Intestino delgado: 105 to 107 CFU/g
– Colon: 109 to 1011 CFU/g
Benno et al., 1992; Johnston, 1999; Mentula et al., 2005; Garcia-Mazcorro et al., 2012; Hooda et al., 2012
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PCoA – Comunidade Microbiana do TGI de
Cães e Gatos
Minamoto et al., 2012
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Composição Fecal Microbiana em Cães e Gatos: Filo
• Firmicutes
• Bacteroidetes
• Fusobacteria
• Proteobacteria
• Actinobacteria
Hooda et al., 2012; Minamoto et al., 2012
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Filos Predominantes na MicrobiotaFecal de Felinos
7
40
34
213
% sequences4
10
68
5
14
Actinobacteria Bacteroidetes
Firmicutes Fusobacteria
ProteobacteriaBarry et al., 2012; Ritchie et al., 2008
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Composição Fecal Microbiana em Cães e Gatos: Ordem
Handl et al., 2011
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Composição Fecal Microbiana em Cães e Gatos: Ordem
Handl et al., 2011
Clostridium clusters XIV and IV predominates, gêneros: Dorea e Roseburia
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Composição Fecal Microbiana em Cães e Gatos: Ordem
Handl et al., 2011
Streptococcus Lactobacillus
EnterococcusLactobacillus
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Composição Fecal Microbiana em Cães e Gatos: Ordem
Handl et al., 2011
TuricibacterCatenibacteriumCoprobacillus
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Composição Fecal Microbiana em Cães e Gatos: Ordem
Handl et al., 2011
PrevotellaBacteroidesMegamonas
< 1%
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Composição Fecal Microbiana em Cães e Gatos: Ordem
Handl et al., 2011
EggerthellaOlsenella
SlackiaCollinsella
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Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em Cães e Gatos Adultos
Handl et al., 2011
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Diversidade da MicrobiotaTGI Canino: Ordens
Suchodolsky et al., 2008
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Diversidade da MicrobiotaTGI Felino: Ordens
Ritchie et al., 2008
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Diversidade da MicrobiotaGatos saudáveis Convencionais (A) e SPF (B)
Ritchie et al., 2008
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Filogenia .. Apenas o Primeiro Passo
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Microbioma Gastrointestinal Canino
Principais filos:
• Proteobacteria (13-15%)
• Fimicutes (31-35%)• Bacteriodetes (37%)• Fusobacteria (7-8%)• Actinobacteria (1%)
Swanson et al., 2011
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Microbioma Fecal Canino
Swanson et al., 2011
Principais categoriasmetabolicas:
• Carboidratos (~13%)• Metab. proteínas (~ 9%)• Metab. DNA(~ 7%)• Biosíntese de parede
cellular(~ 8%)• Derivados de AA (~7%)• Virulência (~ 7%)• Vitaminas e co-fatores de
metabolismo (~ 6%)
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Microbioma Fecal de Felinos: EstudoLongitudinal Efeito da Castração
Deusch et al., 2015
• 30 filhotes de gatos– 16 machos– 14 fêmeas
• Idade de castração– 19 semanas (precoce)– 31 semanas (tradicional)
• Coleta fecal– 18, 30 e 42semanas de
idade
• Dieta: única extrusada
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Microbioma Fecal de Felinos: EstudoLongitudinal Efeito da Castração
Deusch et al., 2015
• 18 semanas
– Lactobacillus (35%)
– Bifidobactéria (20%)
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Microbioma Fecal de Felinos: Estudo Longitudinal
Deusch et al., 2015
• 30 semanas
– Maior diversidade• Bacteroides
• Prevotella
• Bifidobacteria
• Clostridium
• Lactobacillus
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Microbioma Fecal de Felinos: Estudo Longitudinal
Deusch et al., 2015
• 42 semanas
– Estabilização da diversidade
– Principais grupostaxonômicos• Bacteroides
• Prevotella
• Megasphaera (>8%)
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Microbioma Fecal de Felinos: Estudo Longitudinal
Deusch et al., 2015
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Alterações da Microbiota
Microbioma
Estado fisiológico
Genética
AmbienteDieta
Patologias
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Relação Microbioma- Hospedeiro
Jia et al., 2011
• Gatos geriátricos – TaxasPredominantes
– Actinobacteria• Coriobacteriaceae
• Bifidobacterium
– Firmicutes• Clostridium cluster XIV
• Bactérias que produzem ácidolático– Lactobacillus
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Diversidade da Microbiota – Durante Desenvolvimento de Obesidade em Gatos
Wk 0
Wk 6
Wk 12
Wk 24
Wk 36
P < 0.05wk 0, 6 vs. 12, 24, 36
de Godoy et al., unpublished
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PCoA– Durante Desenvolvimento de Obesidade em Gatos
Wk 0
Wk 6
Wk 12
Wk 24
Wk 36
de Godoy et al., unpublished
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Modulação do Microbioma
Microbioma
Estado fisiológico
Genética
AmbienteDieta
Patologias
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Relação Microbioma- Hospedeiro
Hand et al., 2013
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Modulação do Microbioma
Microbioma
Estado fisiológico
Genética
AmbienteDieta
Patologias
![Page 54: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/54.jpg)
Alterações no Microbioma em Gatos com Diarréia
Suchodolski et al., 2015
![Page 55: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/55.jpg)
Frequência de Defecação e Diversidade da Microbiota
Suchodolski et al., 2015
![Page 56: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/56.jpg)
Diferenças da Microbiota emGatos Saudáveis e Doentes
• Saudáveis
– Proteobacteria
• Delta
– Bacteroidaceae
– Roseburia e Megamonas
• Doentes
– Proteobacteria
• Gama e beta
– Firmicutes
• Clostridium
Suchodolski et al., 2015
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Diferenças na Função Microbianaem Gatos Saudáveis e Doentes
Suchodolski et al., 2015
![Page 58: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/58.jpg)
Diarréia Aguda DiminuiFaecalibacterium
Suchodolski et al., 2015
![Page 59: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/59.jpg)
Modulação do Microbioma
Microbioma
Estado fisiológico
Genética
AmbienteDieta
Patologias
![Page 60: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/60.jpg)
Efeito do Tratamento com Antibióticona Microbiota Fecal de Felinos
de Godoy et al., unpublished
Enrofloxacina(Baytril)
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Diversidade da Microbiota– Antes, Durante e Após Tratamento com Antibiotico
de Godoy et al., unpublished
![Page 62: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/62.jpg)
PCoA - Antes, Durante e ApósTratamento com Antibiotico
de Godoy et al., unpublished
![Page 63: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/63.jpg)
Relação Microbioma- Hospedeiro
• Microbioma de cães e gatos
–Cavidade oral
– Trato urinário e genital
– Epiderme
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Relação Microbioma- Hospedeiro
• Microbioma de cães e gatos
–Cavidade oral • Periodontite afeta mais de 70% gatos adultos
• Cães
–95-100% gingivite
–50-70% periodontite
Lommer and Verstraete, 2001; Harvey et al., 1995
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Relação Microbioma- Hospedeiro
![Page 66: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/66.jpg)
Distribuição Relativa do Filo Microbiano Oral – Cães Saudáveis
Sturgeon et al., 2013
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Distribuição Relativa do Filo Microbiano Oral – Gatos Saudáveis
Sturgeon et al., 2014
![Page 68: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/68.jpg)
PCA: Microbiota Subgengival de Gatos Saudáveis, com Gengivite ou Periodontite em Fase Inicial
Harris et al., 2015
![Page 69: Microbiota Intestinal e sua Dinâmica Relação com o …cbna.com.br/arquivos/02 Palestra Maria R C de Godoy Microbiota.pdf · Dendrograma Principais Familias Bacterianas Fecais em](https://reader030.vdocuments.pub/reader030/viewer/2022020317/5ba4fb9709d3f266618c1f30/html5/thumbnails/69.jpg)
Desafios
• Padronização da tecnologia
– Facilitar comparação entre estudos
– Minimizar influência de primers usados
• Caracterização mais detalhada do microbioma
– Sequenciamento mais profundo
• Gênero, espécies, estirpes
• Ecosistema dinâmico– Estudos longitudinais
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Desafios
• Desenvolvimento de plataformas que facilitem a análise de dados e a integração de diferentesbancos de dados
– Metaboloma + microbioma + transcriptoma
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Oportunidades
• Proprietários de cães e gatos
– Aumentar longevidade
– Melhorar qualidade de vida
– Minimizar doenças
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Oportunidades
• Cães e gatos adequado modelos animaispra humanos– Semelhante doenças
– Dividem mesmo ambiente
– Dieta semelhante
• Apresentam várias vantagens:– Controle da dieta e ambiente
– Facilita estudos longitudinais
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Próximos Capítulos…
• Fatores que levam a microbiota a resistir e (ou) se recuperar de perturbações
• Estratégias paramanipulação da microbiota/ microbioma saúde
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Próximos Capítulos…
• Expandir conhecimento da interação microbioma-hospedeiro em diferentespartes do corpo
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Futuro
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