Search

Sinfon√≠a n√ļmero 1 en microbioma mayor

Autor
Categoría
Biología
Medicina
Fecha de Publicación
2017/05/09
Temas
6 more properties
ūüď∑
Imagen de portada: cultivo de bacterias Nesterenkonia amarillas, Deinococcus y Sphingomonas anaranjadas realizado por la artista Maria Penil.
‚ÄĒDoctora, siento que yo no soy yo. Siento que soy muchos seres a la vez... ‚ÄĒEvidente, si usted est√° compuesto de muchos seres. Billones, para ser exacta. ‚ÄĒ¬ŅQu√© dice? Yo pens√© que sufr√≠a de alg√ļn trastorno de personalidad m√ļltiple... ‚ÄĒNo, pues. Lo que tiene usted son bacterias y otros microorganismos. En todo su cuerpo. ‚ÄĒEso no puede ser. Me ba√Īo todos los d√≠as y me paso lavando las manos. ‚ÄĒNo hay nada que pueda hacer: los microorganismos est√°n en todo su cuerpo: por fuera, por dentro, bajo sus u√Īas, en el pelo, en sus ojos, sus orejas, en sus intestinos... Y hasta le dicen qu√© debe comer. ‚ÄĒ¬ŅC√≥mo? ‚ÄĒUsted no es usted: usted es un mosaico de organismos. De humano tiene menos de la mitad.
Llegado a este punto, el paciente huye de la oficina, gritando desesperado.
Claro, si hubiese ido a la consulta de una doctora en psiquiatr√≠a en lugar de una doctora en biolog√≠a, la historia habr√≠a sido distinta. Pero entonces nuestro pobre sujeto de pruebas nunca hubiese abierto su mente a los hechos: el mundo est√° dominado por min√ļsculas criaturas. Criaturas que no podemos ver, pero cuya presencia se siente cuando, por ejemplo, percibe ese olor agradable despu√©s de la lluvia o cuando casi se desmaya por el olor del pollo olvidado fuera del refrigerador cuando regresa a casa despu√©s de un fin de semana largo lleno de excesos.
Lo que sabemos ahora es que efectivamente el mundo está totalmente colonizado por microorganismos (lo que es una verdadera pesadilla para las personas con trastorno obsesivo compulsivo). No hay lugar en la Tierra donde no haya vida microbiana. Y es más: no podríamos existir si no fuera por ellas.
O sea, el primer mito a derribar: las bacterias no son el demonio invisible, son buena onda. No todas, por supuesto: nadie podría convivir armoniosamente con el Streptococcus pneumoniae (que puede causar neumonía, sinusitis, peritonitis...). Pero la gran mayoría de los microorganismos que habitan nuestro cuerpo son fundamentales para nosotros. Y son muchos. Muchísimos.
Las bacterias son algo así como el código de la vida. Y, como la Matrix, no son visibles a simple vista
Digámoslo así: si se hicieran elecciones para determinar quién gobierna su cuerpo, los microorganismos [Bacteria, Archaea, microeucariontes, virus] le ganarían fácilmente a las células humanas (1). Piense en la Matrix... bacterias everywhere.
Hasta el a√Īo 2016 se cre√≠a que la relaci√≥n c√©lulas humanas-bacterias era de 1:10 (2); ahora sabemos que es casi mitad-mitad (3). En general, un hombre de ¬ęreferencia¬Ľ [chiste - risas] como el paciente de nuestra historia contiene cerca de 30 billones (30times101230 \\times 10^{12}) de c√©lulas humanas y 39 billones de bacterias.

Y si las bacterias son invisibles, ¬Ņc√≥mo las estudiamos? ¬ŅAh?

A veces los microorganismos crecen de tal forma que nos damos cuenta de inmediato. Por ejemplo, cuando se nos olvida por semanas un s√°ndwich en la mochila, los hongos se hacen evidentes. O cuando alguien no se lava los dientes por varios d√≠as (no, por favor no haga la prueba, ni siquiera como experimento), la formaci√≥n de biopel√≠culas en los dientes es notoria y amarilla. Por eso, tempranamente, la ciencia desarroll√≥ ¬ęmedios de cultivo¬Ľ para ¬ęaislar¬Ľ microorganismos, generalmente bacterias y hongos. De hecho, gran parte de la microbiolog√≠a que conocemos est√° basada en el cultivo y aislamiento de microorganismos.
Pocos saben que fue una mujer, Angelina Fanny Hesse, quien creó el medio de cultivo en base a agar-agar (compuesto gelatinoso extraído desde algas marinas como el pelillo, del cual tenemos una especie en Chile: la Gracilaria chilensis). Las investigaciones de Hesse fueron la base de los trabajos de Robert Koch, quien, entre otros descubrimientos, vinculó el desarrollo de enfermedades como la tuberculosis a la presencia de bacterias.
Angelina Fanny Hesse; collage de Fruzsina Eördögh
Esta técnica es ampliamente utilizada hasta el día de hoy. Por ejemplo, una infección urinaria se detecta cultivando las bacterias que están creciendo de forma acelerada en nuestra vejiga usando medios de cultivo específicos en base a agar. Sin embargo, actualmente se sabe que menos del 1% de los microorganismos pueden ser cultivados. Es decir, la enorme mayoría de las Bacterias, Archaea, hongos y virus son desconocidos.
√Ārbol de la vida basado en secuencias parciales (es decir, no el gen completo) del gen ribosomal 16S (4)
Con el avance de la biolog√≠a molecular en la d√©cada de los 70 y 80 se dise√Īaron marcadores gen√©ticos para estudiar microorganismos, descubri√©ndose incluso un nuevo dominio de la vida: Archaea (4) [se pronuncia Arkea], que en ese entonces eran consideradas ¬ębacterias¬Ľ que viv√≠an en condiciones ¬ęextremas¬Ľ como el agua hirviendo, salmueras o ambientes muy √°cidos.
En los a√Īos 90, el estudio de los microorganismos basados en su secuencia de ADN se extendi√≥ al ambiente, con el objetivo de estudiar los microorganismos que no pod√≠an ser cultivados y... Surprise, surprise, en todo ambiente que se investigaba, se encontraban microorganismos, incluso en lugares tan insospechados como las nubes (5), las minas de cobre (6) o el coraz√≥n de la vieja [cita requerida].
Fuente: imgFlip Meme Generator.
Las investigaciones que nos han permitido descubrir que los microorganismos est√°n en todas partes han avanzado mucho en las √ļltimas d√©cadas junto con un sostenido avance tecnol√≥gico. Para poder estudiar los microorganismos que no se pueden cultivar, se necesita su ADN, el cual est√° presente en el ambiente (por ejemplo, agua de mar o saliva) para poder ser secuenciado y analizado. Cuando se comenzaron a masificar estas investigaciones, las t√©cnicas utilizadas eran lentas y costosas. La secuenciaci√≥n de genomas (el material gen√©tico de un organismo) o metagenomas (distintos genomas en una determinada muestra) involucraba grandes esfuerzos monetarios y tiempo. Aun as√≠, se alcanzaron hitos importantes, como la secuenciaci√≥n del genoma humano (7 y 8), cuyo borrador tard√≥ diez a√Īos en completarse; o la secuenciaci√≥n del Mar de los Sargazos mediante t√©cnicas de metagen√≥mica (9).
Durante la segunda mitad de la d√©cada del 2000 se desarrollaron t√©cnicas de secuenciaci√≥n ¬ęde nueva generaci√≥n¬Ľ o NGS por sus siglas en ingl√©s (Next Generation Sequencing), que permiten realizar de forma masiva y paralela miles de reacciones de secuenciaci√≥n a la vez, gracias al principio de ¬ęsecuenciaci√≥n por s√≠ntesis¬Ľ. Las hay de varios colores y sabores, e incluso algunas ya est√°n casi obsoletas (como la pirosecuenciaci√≥n que comercialmente estuvo disponible s√≥lo por 6 a√Īos). Actualmente se desarrollan t√©cnicas de secuenciaci√≥n basadas en nanotecnolog√≠a, lo cual ha reducido los costos en forma notoria y ya es posible tener un secuenciador de ADN de bolsillo como el MinION de la empresa Oxford Nanopore (10).
Mucho entusiasmo provoca el secuenciador de ADN de bolsillo MinION.
Este es un ejemplo claro de cómo los descubrimientos y desarrollos tecnológicos de un área benefician el avance de otras. Algo parecido a lo que significó pasar del ábaco a la calculadora, y de ahí al computador. Y nadie puede negar lo fundamental que se ha vuelto el computador en la investigación científica.
Volvamos a la matrix. Lo que estas ¬ęt√©cnicas independientes de cultivo¬Ľ y de ¬ęsecuenciaci√≥n masiva¬Ľ permiten no solo es acceder a estudiar ¬ęla mayor√≠a no cultivable¬Ľ, sino que tambi√©n comprender que en cada espacio, respiro o tecla del computador hay un universo microbiano por descubrir.
Actualmente, se usa el t√©rmino ¬ęmicrobioma¬Ľ para definir al h√°bitat donde viven las comunidades microbianas. Es decir, si queremos saber qu√© bacterias viven asociadas al querido tel√©fono celular que probablemente est√© usando en este momento, ser√° el microbioma del celular (12). Es as√≠ como surgen por el 2010 proyectos de secuenciaci√≥n a gran escala como el ¬ęHuman Microbiome Project¬Ľ (proyecto microbioma humano) que involucr√≥ el estudio de microorganismos que habitan el cuerpo humano (1) y otros como el Earth Microbiome Project (Proyecto Microbioma de la Tierra) (11) o el American Gut - Human Food Project.

¬ŅBacterias en mi cuerpo? ¬°Pero si me ba√Ī√© ayer!

Las bacterias y otros microorganismos colonizan la mayor√≠a de los rincones de nuestro cuerpo. Cuando caminamos dejamos una estela microbiana, que es nuestra huella inconfundible. Cada individuo tiene una marca microbiana √ļnica (13).
Fuente: http://learn.genetics.utah.edu/content/microbiome/changing/
El intestino es el ambiente predilecto para billones de bacterias de distintos tipos que viven en comunidad, degradando los alimentos que ingerimos. Es decir, por cada cosa que usted come hay una bacteria (o un grupo de bacterias) espec√≠fica esperando darse un fest√≠n, desarmando y transformando los alimentos. Lo que este tipo de bacteria produce puede ser usado a su vez por otro tipo de microorganismo, generando una verdadera comilona intestinal. Por eso no tiene sentido tomar jugo de lim√≥n en ayunas para ¬ęcambiar el pH del cuerpo y combatir el c√°ncer¬Ľ. Se les olvida (o no saben) que existe el microbioma que media en gran parte los procesos fisiol√≥gicos y metab√≥licos del organismo.
Cuando duele la guatita, lo m√°s probable es que se deba a que la comunidad bacteriana est√° perturbada o en desequilibrio (¬ędisbiosis¬Ľ). Cuando la microbiota intestinal se regenera, todo vuelve a la normalidad y nos sentimos de maravilla.
Est√° en discusi√≥n la presencia de un microbioma √ļnico para ambientes con bajo n√ļmero de microorganismos como la placenta, que se cre√≠a ¬ęest√©ril¬Ľ (14 y 15). Cuando nacemos, venimos a este mundo con una concentraci√≥n baja de bacterias que han sido adquiridas directamente de la madre. Las bacterias que se alojan en el intestino son espec√≠ficas para degradar los componentes de la leche materna humana. De hecho, se han reconocido m√°s de 200 oligosac√°ridos distintos en la leche materna (16) que act√ļan como prebi√≥ticos para el establecimiento de bacterias beneficiosas, protegiendo a los beb√©s de infecciones por bacterias pat√≥genas (17). Por eso no da lo mismo que una guagua tenga lactancia materna o consuma leche de f√≥rmula para el desarrollo de su microbiota intestinal. Tampoco da lo mismo la forma en que nacemos: se ha demostrado que hay diferencias en la composici√≥n microbiana de beb√©s que nacen por parto natural o ces√°rea (18). Incluso se han vinculado estas diferencias a problemas futuros de salud como la obesidad o colon irritable (19).
La mayor√≠a de los estudios de microbioma humano se han realizado en el intestino y en la piel. Llama la atenci√≥n la presencia de bacterias ¬ęinsospechadas¬Ľ en lugares aun m√°s ins√≥litos, como cianobacterias en el dedo gordo del pie (realizando fotos√≠ntesis a trav√©s del calcet√≠n) y una selva de bacterias en el ombligo (o ¬ępupo¬Ľ, como le decimos en el Norte de Chile).
Todo este conocimiento est√° cambiando la forma de pensar la biolog√≠a humana. Usted ya no es usted y sus circunstancias, sino usted-sus bacterias [y los otros invisibles] y su entorno que interact√ļan a distintos niveles.
Así que si hoy saludó a su colega de la mano, comprenda que tiene adheridas miles de sus bacterias y que en este momento sus bacterias intestinales están degradando molécula por molécula la sopaipilla con mostaza que se comió. Ni hablar si lo saludó de beso. Con mirada microbiana, el mundo ya no es el mismo.
Esta historia continuar√°...

Referencias

1.
Turnbaugh PJ, Ley RE, Hamady M, Fraser-Liggett CM, Knight R, Gordon JI (2007) The Human Microbiome Project. Nature 499: 804-810
2.
Luckey T (1972) Introduction to intestinal microecology. Am J Clin Nutr 25:12 1292-1294
3.
Sender R, Fuchs S, Milo R (2016) Revised estimates for the number of human and bacteria cells in the body. PLoS Biol 14(8): e1002533
4.
Woese C (1987) Bacterial evolution. Microbiol Rev 51(2):221-271
5.
M√∂hler O, DeMott PJ, Vali G, Levin Z (2007) Microbiology and atmospheric processes: The role of biological particles in cloud physics. Biogeosciences 4(6):1059‚Äď1071.
6.
Goebel BM, Stackebrandt E (1994) Cultural and phylogenetic analysis of mixed microbial populations found in natural and commercial bioleaching environments. Appl Environ Microbiol 60(5):1614-1621
7.
Lander S, et al. (2001) Initial sequencing and analysis of the human genome. Nature 409(6822):860-921.
8.
Venter JC, et al. (2001) The Sequence of the Human Genome. Science 291(5507): 1304-1351.
9.
Venter JC, et al. (2004) Environmental genome shotgun sequencing of the Sargasso Sea. Science 304(5667):66-74.
10.
Eisenstein M (2012) Oxford Nanopore announcement sets sequencing sector abuzz. Nature Biotechnology 30: 295‚Äď296.
11.
Caporaso JG, Lauber CL, Walters WA, Berg-Lyons D, Lozupone CA, Turnbaugh, PJ, ‚Ķ Knight R (2010). Global patterns of 16S rRNA diversity at a depth of millions of sequences per sample. Proc. Natl Acad. Sci. USA 108(Supplement_1), 4516‚Äď4522.
12.
Meadow JF, Altrichter AE, Green JL (2014) Mobile phones carry the personal microbiome of their owners. PeerJ 2: e447.
13.
Meadow JF, Altrichter AE, Bateman AC, Stenson J, Brown GZ, Green JL, Bohannan JM (2015) Humans differ in their personal microbial cloud. PeerJ. 3: e1258.
14.
Lauder AP, Roche AM, Sherrill-Mix S, Bailey A, Laughlin AL, Bittinger K, Leite R, Elovitz MA, Parry S, Bushman FD (2016) Comparison of placenta samples with contamination controls does not provide evidence for a distinct placenta microbiota. Microbiome 4:29
15.
Perez-Mu√Īoz ME, Arrieta MC, Ramer-Tait AE, Walter J (2017) A critical assessment of the "sterile womb" and "in utero colonization" hypotheses: implications for research on the pioneer infant microbiome. Microbiome 5(1):48
16.
German JB, Freeman SL, Lebrilla CB, Mills DA (2008) Human milk oligosaccharides: evolution, structures and bioselectivity as substrates for intestinal bacteria. Nestle Nutr Workshop Ser Pediatr Program 62:205‚Äď218 [discussion 18‚Äď22].
17.
Ward RE, Ninonuevo M, Mills DA, Lebrilla CB, German JB (2006) In vitro fermentation of breast milk oligosaccharides by Bifidobacterium infantis and Lactobacillus gasseri. Appl Environ Microbiol 72(6):4497‚Äď4499.
18.
Dominguez-Bello, M. G. et al. (2010) Delivery mode shapes the acquisition and structure of the initial microbiota across multiple body habitats in newborns. Proc. Natl Acad. Sci. USA 107, 1971‚Äď11975.
19.
Greenblum S, Turnbaugh PJ, Borenstein E (2012) Metagenomic systems biology of the human gut microbiome reveals topological shifts associated with obesity and inflammatory bowel disease. Proc. Natl Acad. Sci. USA 109, 594‚Äď599.