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Los investigadores catalogan su zoológico microbiano
Un gran instituto nacional de salud iniciativa ha publicado el catálogo más completo hasta ahora de los microorganismos que viven en el cuerpo humano. Al caracterizar la ecología de las bacterias, virus, hongos y otros microbios que habitan en personas sanas, los investigadores han establecido una línea de base para el microbioma humano normal. El trabajo podría acelerar la investigación sobre el desarrollo, la obesidad, las enfermedades infecciosas y más.
La mayor parte del tiempo vivimos en armonía con los microbios que habitan en nuestros cuerpos, pero a veces esa armonía se rompe, lo que resulta en enfermedades, dice. Eric Green , director del Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano, una de las instituciones del NIH que ha liderado el proyecto del microbioma. Necesitamos comprender mejor cómo es el microbioma normal y qué le sucede cuando cambia para causar o influir en la enfermedad, dice. Esto requiere comprender la interacción de las comunidades dentro de nuestros cuerpos, no solo los microbios individuales uno a la vez.
A nivel microscópico, el cuerpo humano es un mundo de ecosistemas tan diferentes como los desiertos y las selvas tropicales, cada uno de los cuales está ocupado por su propia comunidad única de microorganismos. Los seres humanos han evolucionado conjuntamente con estos microorganismos, muchos de los cuales son necesarios para la supervivencia. Si bien la comunidad médica y científica sabe desde hace algún tiempo que las células microbianas superan en número a las células humanas 10 a 1, se sabía poco sobre la diversidad y abundancia de la especie.
Tradicionalmente, los científicos estudian las bacterias cultivándolas en cultivos de una sola especie en laboratorios. Sin embargo, muchas especies de microbios son difíciles de cultivar de esta manera, en parte porque dependen de sus compañeros miembros de la comunidad para sobrevivir. Entonces, los investigadores del Proyecto del Microbioma Humano tomaron muestras de ADN mezcladas de varias partes de los cuerpos de los participantes del estudio y secuenciaron todos los genomas que encontraron. Tomaron muestras de partes del cuerpo en 242 adultos sanos (15 hábitats corporales en hombres y 18 en mujeres) de diferentes lugares dentro de la boca, nariz, garganta, codo, oídos, intestino y vagina.
El proyecto no hubiera sido posible sin la tecnología de secuenciación de ADN más barata y rápida que ha salido al mercado en los últimos años, dice Lita Proctor , quien coordinó el esfuerzo para los NIH. Los investigadores utilizaron una máquina de Roche para ejecutar una forma específica de bacterias de código de barras de ADN para determinar qué especies estaban presentes en más de 5.000 muestras. El consorcio luego utilizó Iluminar Tecnología para secuenciar el ADN en casi 700 muestras, creando las llamadas secuencias metagenómicas de escopeta. Las secuencias metagenómicas son una mezcla de todos los genes que se encuentran en las comunidades microbianas y brindan a los investigadores una lista de partes de las enzimas y otras moléculas funcionales que cada comunidad microbiana puede producir.
El estudio dio como resultado unos 3,5 terabytes de datos de secuencia del genoma. El equipo tuvo que desarrollar nuevos métodos computacionales para analizarlo, dice Proctor. Con el esfuerzo metagenómico, el equipo pudo comprender qué funciones biológicas eran capaces de realizar las comunidades microbianas. El microbioma humano sano contiene al menos 10.000 especies microbianas con unos ocho millones de genes codificadores de proteínas diferentes. En otras palabras, 360 veces más genes de los que ofrece el genoma humano.
El microbioma nos proporciona muchas más funciones de las que tendríamos sin los organismos, dice George Weinstock , científico del genoma del Genome Institute de la Universidad de Washington en St. Louis y líder del proyecto Human Microbiome. Los organismos dentro de las diferentes comunidades tienen diferentes capacidades metabólicas (es decir, producen diferentes enzimas y otras moléculas), algunas de las cuales el cuerpo humano depende para digerir ciertos alimentos, defenderse de patógenos invasores y más.
Los investigadores encontraron que las comunidades microbianas diferían no solo de un sitio a otro, sino también de una persona a otra, y que ciertos sitios del cuerpo eran más consistentes que otros. Por ejemplo, la boca era particularmente rica en especies y las personas que vivían en la misma comunidad tenían tipos similares de microbios en la saliva (el estudio tomó muestras de personas que vivían en los alrededores de Houston y St. Louis). Por el contrario, las bacterias que viven en la piel mostraron una variedad mucho mayor entre individuos.
Sin embargo, aunque los microbios diferían de una persona a otra, el potencial funcional de los microbios, representado por las enzimas u otras proteínas funcionales codificadas en sus genomas, era similar de una parte del cuerpo de una persona a otra. Entonces, si bien las especies de bacterias en los intestinos de diferentes individuos pueden variar, el conjunto de procesos metabólicos que pueden realizar las comunidades fue en gran medida el mismo.
Aunque todos los sujetos del estudio estaban sanos (cada uno fue examinado por varios especialistas), casi todos portaban algunos patógenos o microbios que pueden causar enfermedades. Estos patógenos parecían coexistir pacíficamente en los participantes, y el trabajo futuro explorará qué sucede para enviar a estos pasajeros al modo de ataque.
En un artículo de comentario publicado en la revista Naturaleza , David Relman , un investigador de microbios humanos de la Universidad de Stanford, que no participó en el estudio, señaló que un estudio reciente sobre poblaciones que viven en regiones menos desarrolladas del mundo tienen microbiomas marcadamente diferentes de los que viven en los Estados Unidos. También señala que las condiciones que habrían excluido a los participantes del Proyecto del Microbioma Humano, como la enfermedad de las encías o el sobrepeso, se están volviendo cada vez más frecuentes en todo el mundo, y esto debe considerarse en estudios futuros.
Es posible que algunas de estas preocupaciones se aborden en los próximos informes del proyecto NIH. Los 17 estudios publicados hoy en Naturaleza y las revistas de la Biblioteca Pública de Ciencias son sólo los primeros resultados del consorcio de 200 científicos. Los próximos pasos serán ir más allá de los estudios del potencial genético hacia la función real mediante el estudio de los productos génicos, como las proteínas, que son producidos por el microbioma humano. Además, algunos grupos dentro del Proyecto del Microbioma Humano examinarán cómo cambia el microbioma con afecciones como la enfermedad de Crohn o la obesidad.