El intestino humano está lleno de microbios, cada uno interactuando entre sí en una alucinante red de intercambios positivos y negativos. Algunos producen sustancias que sirven como alimento para otros microbios, mientras que otros producen toxinas, antibióticos, que matan a susvecinos
Los científicos han tenido el desafío de entender cómo se forma esta colección de microbios intestinales conocida como microbioma, cómo cambia con el tiempo y cómo se ve afectada por trastornos como los antibióticos utilizados para tratar enfermedades. Un nuevo estudio de Ophelia Venturelli, una bioquímicaprofesora en la Universidad de Wisconsin-Madison, y sus colaboradores en la Universidad de California, Berkeley, pueden ayudar a aliviar algo de esa dificultad.
Publicado el 21 de junio en la revista Biología de sistemas moleculares , el estudio proporciona una plataforma para predecir cómo funcionan las comunidades intestinales microbianas y representa un primer paso para comprender cómo manipular las propiedades del ecosistema intestinal. Esto podría permitir a los científicos, por ejemplo, diseñar un probiótico que persista en el intestino oadaptar una dieta para influir positivamente en la salud humana.
"Sabemos muy poco acerca de las interacciones ecológicas del microbioma intestinal", dice Venturelli. "Muchos estudios se han centrado en catalogar todos los microbios presentes, lo cual es muy útil, pero queríamos tratar de entender las reglas que rigen su ensamblajeen las comunidades, cómo se logra la estabilidad y cómo responden también a las perturbaciones "
Al aprender estas reglas, los investigadores dicen que pueden predecir mejor las interacciones entre microbios utilizando herramientas computacionales en lugar de realizar laboriosos y laboriosos experimentos de laboratorio.
Los datos también pueden comenzar a responder preguntas sobre cómo los patógenos causan daños cuando invaden las comunidades y cómo prevenirlos.
Para el estudio, los investigadores eligieron 12 tipos de bacterias presentes en el intestino humano. Representaban la diversidad del microbioma intestinal y se ha demostrado que la mayoría afecta significativamente la salud humana. Tienen asociaciones con enfermedades como la diabetes y el síndrome del intestino irritable., Enfermedad de Crohn y cáncer de colon.
El equipo recopiló datos sobre lo que se llama interacciones por pares, lo que significa que cada especie bacteriana se emparejó entre sí para estudiar cómo interactuaban las dos, sin preocuparse por lo que estaban haciendo todos los demás. Esto se hizo para cada pareja posibleen la comunidad de 12 miembros.
Los investigadores introdujeron datos sobre las interacciones por pares, junto con los datos de cada especie individual, en un modelo dinámico para descifrar cómo es probable que todas las bacterias interactúen cuando se combinan. Descubrieron que los datos por pares solo eran suficientes para predecir cómo la comunidad en generalensambla.
"Este modelo nos permite comprender mejor y hacer predicciones sobre el microbioma intestinal con menos mediciones", explica Venturelli. "No necesitamos medir cada comunidad posible de, digamos, tres, cuatro o cinco de un conjunto deespecies. Solo necesitamos medir todos los pares, que todavía representan un número muy grande, para poder predecir la dinámica de todo el intestino ".
Si bien esto sigue siendo un desafío, Venturelli dice que reducirá significativamente la cantidad de mediciones que los científicos deben hacer.
Los investigadores también observaron qué especies parecían ser las más importantes en la comunidad midiendo las sustancias que producen los microbios, llamadas metabolitos. Para su sorpresa, "los datos de metabolitos no pudieron predecir el papel de las especies importantes en la comunidad".Dice Venturelli.
Ella y el equipo de investigación probaron el poder predictivo del modelo al tratar de estimar las características de diferentes combinaciones de sus 12 bacterias elegidas. Aunque no fue perfecto, el modelo logró predecir comportamientos dinámicos.
Además, el equipo encontró más interacciones positivas entre microbios en la comunidad de lo que esperaban en base a otros estudios que han mostrado interacciones principalmente negativas.
"Descubrimos que hay un equilibrio entre las interacciones positivas y negativas y las interacciones negativas proporcionan una fuerza estabilizadora para la comunidad", dice Venturelli. "Estamos comenzando a comprender los principios de diseño de la estabilidad de los microbios intestinales y lo que permite uncomunidad para recuperarse de las perturbaciones "
El modelo permite al científico comenzar ahora a hacer preguntas sobre la composición y la dinámica de miles de comunidades microbianas.
"Sin un modelo, básicamente estamos probando a ciegas las cosas sin saber realmente qué estamos haciendo y cuáles son las consecuencias cuando, por ejemplo, estamos tratando de diseñar una intervención", dice. "Tener un modelo es lo primeropaso para poder manipular el ecosistema intestinal de una manera que pueda beneficiar la salud humana "
Este trabajo fue apoyado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA HR0011516183.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Kaine Korzekwa. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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