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A evolução animal está sob constante influência microbiana1. A partir de diversos micróbios no ambiente, os hospedeiros animais adquirem parceiros específicos2 que ampliam as capacidades do hospedeiro e impulsionam sua fisiologia e suscetibilidade a doenças3. Por exemplo, análises metagenômicas do microbioma intestinal descobriram classes metabólicas enriquecidas de genes microbianos que podem conferir maior colheita e armazenamento de energia em camundongos obesos4, muitos dos quais também são encontrados no microbioma intestinal humano5. Ainda há uma grande necessidade de estabelecer relações causais e identificar os determinantes moleculares do impacto do microbioma, embora o progresso tenha sido prejudicado pelas complexidades do microbioma e pela tratabilidade dos sistemas hospedeiros para triagem em larga escala.
O organismo modelo C. elegans fornece uma plataforma para avançar a compreensão molecular das ligações entre o microbioma e a fisiologia do hospedeiro. C. elegans possui 20 células intestinais com camada mucosa e estruturas vilosidades. Essas células são equipadas com abundantes genes quimiorreceptores que detectam produtos microbianos e produzem moléculas antimicrobianas que potencialmente regulam seus colonizadores intestinais 6,7. Essa biologia conservada de C. elegans levou a um grande número de descobertas na sinalização do hospedeiro que regula micróbios intestinais, incluindo sinalização de insulina, TGF-beta e MAP quinase 8,9,10.
C. elegans utilizam micróbios como sua dieta para o crescimento durante o desenvolvimento e microbioma como adultos. Com a velhice, alguns micróbios podem se acumular em excesso no lúmen intestinal e a relação hospedeiro-micróbio muda da simbiose para a patogênese11. Em seus habitats naturais, C. elegans encontra uma grande variedade de espécies bacterianas12,13. O sequenciamento do 16S rDNA a partir de amostras representativas coletadas em habitats naturais (frutos podres, caule de plantas e vetores animais) revelou que o microbioma natural de C. elegans é dominado por quatro filos bacterianos: Proteobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes e Actinobacteria. Dentro dessas divisões encontra-se grande variação na diversidade e riqueza de bactérias com base no habitat12,13,14,15. Várias comunidades definidas foram estabelecidas, incluindo as coleções de 63 membros (BIGbiome)16 e 12 membros (CeMbio) representando os principais gêneros de microbioma criados para a comunidade de pesquisa de C. elegans 17. Tanto os microbiomas quanto as linhagens componentes podem ter um impacto diverso na fisiologia de C. elegans, como tamanho corporal, taxas de crescimento e respostas ao estresse 9,16,17. Esses estudos fornecem recursos e exemplos para estabelecer C. elegans como um modelo para a pesquisa do microbioma.
Aqui é apresentado um fluxo de trabalho baseado em grandes classificadores de partículas (LPS) (Figura 1) que utiliza o sistema C. elegans para medir simultaneamente a composição do microbioma e medidas básicas da fisiologia do hospedeiro em escala populacional. Do lado microbiano, o fluxo de trabalho é adaptável para montar um microbioma definido ou micróbios únicos para testar a robustez e plasticidade da comunidade com interações microbianas crescentes. Do lado do hospedeiro, o fluxo de trabalho permite ensaios de alto rendimento para medir os níveis de colonização de micróbios fluorescentes no microbioma e leitura fisiológica do hospedeiro em termos de desenvolvimento, tamanho do corpo e reprodução. Em conjunto, o modelo do microbioma de C. elegans permite que telas de alto rendimento identifiquem os determinantes metabólicos e genéticos que modulam a fisiologia do hospedeiro.