Łudogorec Razgrad W lipcu 2015 roku Natanael przeszedł do drużyny mistrza Bułgarii Łudogorec Razgrad za nieujawnioną kwotę. W drużynie rezerw Brazylijczyk zadebiutował 8 sierpnia, kiedy to rozegrał 55 minut w meczu bułgarskiej Grupy B przeciwko Wereja Stara Zagora. Debiut w pierwszym zespole przypadł 16 sierpnia, w wygranym 1-0 meczu z Lokomotiwem Płowdiw. Natanael spędził na boisku pełne 90 minut w tym spotkaniu. Dość szybko nowy zawodnik stał się ważnym zawodnikiem w wyjściowym składzie i w dużym stopniu swojej drużynie wywalczyć piąty z rzędu tytuł mistrzowski w sezonie 2015/16. W kolejnym sezonie Natanael zagrał we wszystkich 6 meczach kwalifikacyjnych do rozgrywek Ligi Mistrzów UEFA, a jego zespół zdołał awansować do fazy grupowej turnieju. 28 września 2016 roku otworzył wynik spotkania w meczu przeciwko PSG w fazie grupowej strzałem bezpośrednio z rzutu wolnego, ale Łudogorec ostatecznie uległ drużynie z Francji 1-3.
W latach 2016–2019 Natanael rokrocznie wygrywał mistrzostwo Bułgarii ze swoją drużyną. W 2019 roku również zwyciężył w rozgrywkach o Superpuchar Bułgarii.