Proyecto microbioma: Censando los microbios

Proyecto MICROBIOMA: Censando

los microbios que viven en el cuerpo

Es sabido, desde ya hace mucho, que de cada diez células que llevamos en el cuerpo tan sólo una es humana, las otras nueve son microbios de diverso tipo. Para ellos nuestro cuerpo es su casa e intentan vivir en armonía desde la piel hasta en el intestino. Hace unos días se ha anunciado la formación de un consorcio mundial de grupos de investigación cuyo objetivo es identificar los microbios que habitan en el ser humano mediante la secuenciación de sus ADNs. Muchos, si no la mayor parte de ellos no se han podido cultivar por lo que se propone una aproximación metagenómica, es decir amplificar los ADNs de origen microbiano que se obtengan del cuerpo, averiguar sus secuencias y por comparación predecir a qué tipo de microbios debe corresponder para finalmente recomponer en el ordenador el catálogo de los minúsculos habitantes del cuerpo humano.





Los sitios que le gustan a los microbios para vivir en el cuerpo humano. La piel, el aparato digestivo, el respiratorio y el urogenital albergan, en el individuo sano, florecientes colonias de muy diversos microbios.




La revista Microbiology today nos daba un resumen de los diversos tipos de microbios que habitan en el cuerpo humano, desde las bifidobacterias del intestino infantil que ayudan a asimilar la leche, hasta los Staphylococcus aureus de la piel y vías respiratorias que cuando se rompe el equilibrio entre el cuerpo y la población de microbios pueden producir complicaciones letales. Normalmente los microbios que nos habitan no solo no son un peligro sino que nos ayudan a mantenernos sanos, en primer lugar compitiendo entre ellos de manera que ninguno predomina sobre los otros. También el cuerpo produce sustancias con propiedades antibióticas, suelen ser pequeños péptidos que a las células humanas no les hacen daño, pero que cuando se integran a las membranas de las bacterias las alteran de forma que la bacteria no logra sobrevivir.

Están, aunque no los sepamos cultivar

Se calcula que de todos los microbios que normalmente habitan en la boca la mitad no se han podido cultivar, y se sabe que de sus interacciones y capacidad para pegarse al esmalte dental depende la salud de los dientes y de las encías. Las nuevas técnicas de secuenciación de ADNs, así como los avances informáticos permiten plantear el proyecto de identificar a casi todos los microbios que nos colonizan. El principio básico es lo que se ha venido en llamar “metagenómica” y a grandes rasgos consiste en obtener todos los posibles fragmentos del ADN total que existe en una muestra de una determinada procedencia, sin importar para nada en este momento la identidad del organismo del que pueda proceder cada fragmento y secuenciarlo por la técnica llamada “whole genome shotgun” (que quiere decir algo así como fragmentar el genoma completo en trocitos) que permite una gran rapidez en la obtención de secuencias. Una vez obtenidas las secuencias se encarga al ordenador que las clasifique, las compare unas con otras y con las secuencias ya conocidas, las reagrupe si es posible determinando su pertenencia a un mismo o a diferentes organismos, sean o no conocidos, y les asigne una posible función. Con toda esa información se dispone de una instantánea de lo que debe ser la población que habita en el lugar de donde se tomó la muestra, ya sea del cuerpo humano o de un vertedero. Es como si dijésemos obtener el padrón de un municipio, en el que hemos apuntado las edades, las profesiones, los niveles sociales de cada individuo y el tipo de vivienda que habita.

¿Qué hacer con todos esos datos?
Es la misma pregunta con la que se encuentran todos los proyectos de obtención masiva de datos. Al igual que el padrón, que no puede relatar lo que los ciudadanos sienten y padecen, el proyecto microbioma no responderá todas las incógnitas de la fisiología de la flora microbiana que nos usa como vivienda, pero sí que puede dar información muy valiosa sobre su composición en el individuo sano, y permitirá averiguar las variaciones que ocurren en personas enfermas. Para llegar a entender cómo interaccionan los diferentes microbios entre sí y con las células del cuerpo seguirá siendo imprescindible continuar el trabajo, a veces menos espectacular de estudiar uno a uno el comportamiento de cada especie de microbio que sea posible analizar en el laboratorio, las que sí podemos cultivar, y seguir intentando cultivar en el tubo de ensayo las que aún no sabemos hacerlo. También de estos estudios podemos obtener datos muy importantes para preservar la salud si averiguamos las condiciones precisas para que un microbio prolifere.

LOS SERES HUMANOS CONTAMOS CON DOS GENOMAS:

ADN Y EL MICROBIOMA

Después de un viaje a Perú el año pasado, el microbiólogo Rob Caballero llegó a casa con un caso horrendo de diarrea del viajero. Tomó algunos antibióticos y se recuperó rápidamente. Pero debido a que Caballero había participado en uno de sus propios estudios del microbioma humano – la colección DE diversas bacterias y otros organismos que habitan en nuestro intestino, piel, boca y otras partes – pudo examinar cómo las drogas cambiaron la población microbiana en sus entrañas. Los microbios lograron repoblar el tracto digestivo de Caballero, pero la composición de su comunidad microbiana ahora era diferente.

Poco después de su viaje, Caballero reinició un programa de dieta y ejercicio que había demostrado previamente ineficaz para ayudarlo a perder peso. Esta vez, perdió 60 libras. Su mente fue derecho a sus microbios. En su Anterior investigación de su laboratorio en la Universidad de Colorado, en Boulder, demostró que los microbios pueden tener un efecto sobre el peso – el trasplante de los microbios en los ratones hambrientos obesos hacia ratones normales los hace receptivos a comer más y aumentar de peso. “La conjetura era que los antibióticos podrían limpiar los microbios que ya estaban allí y hacer más fácil reformar la comunidad microbiana”, dice Caballero











Por supuesto, no todos los que toman antibióticos pierden peso. Sin embargo, un creciente cuerpo de evidencia sugiere que nuestros microbios varian mucho de persona a persona y juegan un papel clave en el metabolismo y la obesidad. Al catalogar la variabilidad en las comunidades microbianas de persona diferente, así como la forma de esas comunidades cambian en respuesta a determinados fármacos u otros factores ambientales, los científicos esperan aprovechar la maleabilidad de nuestros microbios para usos médicos.

Los microbios que habitan en nuestros cuerpos – cada uno de nosotros tiene 10 veces más células microbianas- son una parte vital de nuestra salud, rompiendo los alimentos indigestos y ayudan en la ingesta de vitaminas esenciales, e incluso en la configuración de nuestro sistema inmunológico. investigaciones recientes vinculan estos microbios a algunas enfermedades, tales como úlceras, enfermedades del corazón y obesidad. Debido a que la gran mayoría de estos organismos no pueden crecer fuera de su entorno de acogida, han sido difíciles de estudiar. Pero los científicos han desarrollado nuevas tecnologías de secuenciación que han proporcionado una nueva forma de examinar el contenido de la totalidad de las comunidades microbianas tanto en nuestras entrañas y en el entorno más amplio.

“Los seres humanos son superorganismos con dos genomas, el genoma humano hereda genéticamente (25.000 genes) y el microbioma humano adquirido del ambiente (más de 1 millón de genes)”, escribe Zhao Liping en una reciente revisión publicada en el Journal of Biotechnology. “En contraste con el genoma humano, la composición genética del microbioma humano es bastante flexible y puede ser modulada por los alimentos y las drogas. “

Gran parte de las primeras investigaciones mediante la secuenciación de los microbios se ha centrado en catalogar la variabilidad entre las comunidades que habitan en diferentes partes del cuerpo, diferentes personas, y las personas con diferentes enfermedades. Pero los científicos están ahora empezando a estudiar cómo las intervenciones específicas, tales como la dieta o las drogas afectan a estas comunidades. Tienen la esperanza de traducir los hallazgos en las pruebas de diagnóstico que puede ayudar a predecir los efectos secundarios de los antibióticosen los pacientes, o la opción de una mejor dieta para un determinado individuo. “Hay un montón de cosas que podemos hacer potencialmente ahora con el uso de microbios como marcadores”, dice Caballero.

En una investigación presentada en una conferencia reciente en China, Zhao y sus colaboradores analizaron las comunidades microbianas de la gente antes de ponerlos en una dieta especializada. Algunos peso subido y algunos con peso perdido. Zhao fue capaz de predecir quién se beneficiaría al mirar la composición de esa persona microbioma antes de la dieta.

Caballero señala que China es un lugar ideal para este tipo de investigación por dos razones: BGI, un centro de secuenciación en Pekín, tiene poder de secuenciación masiva (el instituto se espera que supere la capacidad de secuenciación completa de los Estados Unidos a finales de este año). ¿Y usted tiene acceso a una gran población de personas dispuestas a participar en la investigación como para estar restringidos en lo que comen durante mucho tiempo “, dice.

Caballero está colaborando con Jeff Gordon en la Universidad Washington, en St. Louis, para analizar cómo afectan a los microbios de los intestinos en la capacidad de los niños para aumentar de peso. Los complementos alimenticios de la mantequilla de cacahuete, leche en polvo, vitaminas y han ayudado a muchos niños que sufren de malnutrición en los países pobres. Sin embargo, un número considerable no responden, en algunos casos, los gemelos idénticos que viven en la misma casa y comen los mismos alimentos se responden de manera diferente. “¿Han recogido algunos patógenos que causa la desnutrición o pérdida de algún tipo de microbio? dice Knight, que en última instancia, espera desarrollar una prueba de diagnóstico económica que permitan a los complementos proporcionanrse a la medida.

Los dos científicos también están estudiando la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa, dos formas de enfermedad inflamatoria intestinal, que afectan de manera periódica en los pacientes. “Queremos entender cómo los cambios en la comunidad microbiana entre la recaída y el uso potencial que para el tratamiento”, dice Caballero.

La investigación preliminar de David Relman de laboratorio en Stanford destaca lo que los antibióticos causan a nuestros microbios intestinales. Su equipo analizó los microbiomas de personas sanas a las que se les aplicó cinco días del antibiótico Cipro. Los individuos respondieron de manera muy diferente a los medicamentos. “Vemos una disminución en la abundancia relacionados con Cipro y una disminución en la diversidad”, dijo Relman en una charla en el MIT la semana pasada. “Algunas personas regresan a la diversidad microbiana y otros no.” Después de la segunda exposición, la comunidad microbiana nunca vuelve al estado inicial. “Tal vez algún día seamos capaces de predecir que serán susceptibles a problemas relacionados con antibióticos, como la diarrea o colitis”, dice.

El estudio de Relmanpone de relieve la complejidad potencial del estudio de los antibióticos y la pérdida de peso. A pesar de su propia experiencia, Caballero sin duda no recomienda tomar un curso de antibióticos para bajar de peso: “Eso es como desyerbar un jardín con una topadora y espera lo que vuelve a crecer es lo que quieres”, dice. “Queremos que de una manera mucho más específica para el control de estas comunidades microbianas”.

Caballero ofrece otra posible explicación para su pérdida de peso – que se registra a la vez su ingesta de alimentos y el ejercicio de rutina como parte del experimento. “Cuando conoces a la gente en el laboratorio se pase de sus registros, usted puede ser más consciente de lo que estamos haciendo”, dice.





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