¿Cuántas estrellas hay en el universo observable? Alguna vez se consideró una pregunta imposible, pero los astrónomos han obtenido una respuesta: alrededor de mil millones de billones de ellas.
Ahora, los científicos de la Escuela de Medicina de Harvard y el Centro de Diabetes Joslin se han embarcado en lo que podría ser una búsqueda igualmente desalentadora: ¿cuántos genes hay en el microbioma humano?
En un estudio publicado el 14 de agosto en la revista célula huésped y microbio , un equipo de microbiólogos y bioinformáticos ofrece una primera visión de la variedad de genes que conforman el universo bacteriano que reside en cada uno de nosotros.
Los hallazgos hasta ahora: puede haber más genes en el microbioma humano colectivo que estrellas en el universo observable, y al menos la mitad de estos genes parecen ser únicos para cada individuo, una diversidad que supera con creces las expectativas de los investigadores.
Se cree que la investigación es el análisis más grande de su tipo hasta la fecha y el primero en incluir muestras de ADN de bacterias que residen tanto en la boca como en el intestino. Estudios anteriores se han centrado en uno u otro.
Aun así, el trabajo marca solo el comienzo de los esfuerzos para analizar todo el genoma del microbioma humano.
"El nuestro es un estudio de entrada, el primer paso en lo que probablemente será un largo viaje hacia la comprensión de cómo las diferencias en el contenido de genes impulsan el comportamiento microbiano y modifican el riesgo de enfermedad", dijo el primer autor del estudio, Braden Tierney, un estudiante graduado de Harvard MedicalColegio.
huella digital microbiana para terapias más precisas
Los científicos estiman que el microbioma humano, el cuerpo colectivo de microbios que puebla nuestras tripas, bocas, piel y otras partes del cuerpo, contiene billones de bacterias, la mayoría de ellas inofensivas, muchas beneficiosas y algunas que causan enfermedades.ha revelado el papel de estos microbios como poderosos moduladores de la enfermedad y la salud. Los cambios tanto en el recuento bacteriano como en el contenido bacteriano se han relacionado con el desarrollo de afecciones que van desde la caries dental de jardín y las infecciones intestinales hasta las más graves, incluida la enfermedad inflamatoria intestinal crónicadiabetes y esclerosis múltiple.
La mayoría de las investigaciones hasta la fecha se han centrado en mapear los tipos de bacterias que habitan nuestros cuerpos en un esfuerzo por determinar si la presencia de una especie bacteriana determinada puede afectar el riesgo de enfermedad y cómo lo hace. Por el contrario, la nueva investigación profundiza mucho más, analizandolos genes que componen las diversas especies y cepas microbianas.
Según los investigadores, estudiar solo especies bacterianas solo proporcionará pistas parciales sobre el papel de estos microorganismos en la enfermedad y la salud. Dado que el contenido genético varía mucho entre los mismos microbios, entender cómo y si los genes microbianos individuales afectan el riesgo de enfermedad es solotan importante.
"Al igual que no hay dos hermanos genéticamente idénticos, tampoco hay dos cepas bacterianas genéticamente idénticas", dijo el coautor principal del estudio, Chirag Patel, profesor asistente de informática biomédica en el Instituto Blavatnik de la Facultad de Medicina de Harvard. "Dos miembros del mismola cepa bacteriana podría tener una composición genética notablemente diferente, por lo que la información sobre las especies bacterianas por sí sola podría enmascarar las diferencias críticas que surgen de la variación genética ".
La catalogación de la matriz de genes microbianos podría informar el diseño de tratamientos dirigidos con precisión, dijo el coautor principal del estudio Alex Kostic, profesor asistente de microbiología en la Facultad de Medicina de Harvard e investigador en el Centro de Diabetes Joslin.
"Estas terapias dirigidas de manera estrecha se basarían en la composición genética microbiana única de una persona en lugar de solo en el tipo bacteriano", dijo Kostic.
Además, el perfil de los genes únicos que conforman el microbioma de una persona podría actuar como una forma de huella digital microbiana que proporciona pistas valiosas sobre exposiciones pasadas a diferentes patógenos o influencias ambientales, así como predisposiciones a enfermedades, agregó Kostic.
órgano evolutivo de un microbio
En el estudio, los investigadores se propusieron estimar el tamaño del universo de genes microbianos en el cuerpo humano, reuniendo todos los datos de secuenciación de ADN disponibles públicamente en microbiomas orales y intestinales humanos. En total, analizaron el ADN de unos 3.500 humanosmuestras de microbioma, de las cuales más de 1,400 se obtuvieron de la boca de las personas y 2,100 de las tripas de las personas.
Los investigadores encontraron que había casi 46 millones de genes bacterianos en las 3.500 muestras, alrededor de 24 millones en el microbioma oral y 22 millones en el microbioma intestinal.
Más de la mitad de todos los genes bacterianos 23 millones ocurrieron solo una vez, lo que los hizo únicos para el individuo. Los investigadores denominaron a estos genes únicos "singletons". De los 23 millones de singletons, 11.8 millones provinieron de muestras orales y 12.6 millonesvino de muestras intestinales.
Para agravar la intriga, estos genes singleton también parecían comportarse de manera diferente a otros genes, observaron los investigadores: realizaron diferentes funciones.
Los genes comúnmente compartidos, según el análisis, parecían estar involucrados en funciones más o menos básicas críticas para la supervivencia diaria de un microbio, como el consumo y la descomposición de enzimas, conversión de energía y metabolismo. Genes únicos, por el contrario,tendió a llevar a cabo funciones más especializadas, como ganar resistencia contra los antibióticos y otras presiones y ayudar a construir la pared celular protectora de un microbio, que lo protege de ataques externos.
Este hallazgo, dijo el equipo, sugiere que los genes singleton son partes clave del kit de supervivencia evolutiva de un microbio.
"Algunos de estos genes únicos parecen ser importantes para resolver los desafíos evolutivos", dijo Tierney. "Si un microbio necesita volverse resistente a un antibiótico debido a la exposición a medicamentos o enfrenta repentinamente una nueva presión selectiva, los genes únicos pueden serla fuente de diversidad genética de la que el microbio puede extraer para adaptarse "
¿Pero qué alimenta tal diversidad genética?
La respuesta a esta pregunta sigue siendo objeto de más investigaciones, dijeron los investigadores, pero creen que hay al menos dos factores importantes de variación genética.
Uno es el amor de los microbios por intercambiar libremente material de ADN con sus vecinos, un fenómeno conocido como transferencia horizontal de genes. Para probar esta hipótesis, los investigadores realizaron un tipo especial de análisis que detecta el contenido molecular compartido entre dos organismos.Para su sorpresa, encontraron poca evidencia de que la transferencia horizontal de genes fuera una fuente principal de unicidad genética. De hecho, menos del 1 por ciento de los genes únicos detectados en muestras orales y poco menos del 2 por ciento de los encontrados en el intestino parecían haber surgido a través de esta vecindad.intercambio de genes.
Por lo tanto, los investigadores plantean la hipótesis de que otro impulsor más poderoso de la diversidad genética podría ser la capacidad de las bacterias para desarrollar su ADN rápidamente en respuesta a los cambios en el entorno del huésped. El estudio actual no fue diseñado para detectar los cambios ambientales precisos que impulsan estovariación, pero los ejemplos de tales cambios pueden incluir qué tipo de alimento consume una persona, qué medicamento usa, las elecciones de estilo de vida que hace, qué exposiciones ambientales encuentran y cualquier cambio fisiológico en el huésped, incluida la regulación positiva y negativa en varios genes del huésped osi una persona desarrolla una enfermedad.
Entonces, ¿cuántos genes en el microbioma humano colectivo?
Según un cálculo, ese número podría ser de alrededor de 232 millones, estimó el estudio. Sin embargo, otra estimación arrojó un número comparable al número de átomos en el universo.
De hecho, el número verdadero puede ser incognoscible, dijo Patel.
"Sea lo que sea, esperamos que nuestro catálogo, junto con una aplicación web de búsqueda, tenga muchos usos prácticos y genere muchas direcciones de investigación en el campo de las relaciones huésped-microbio"
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Medicina de Harvard . Original escrito por Ekaterina Pesheva. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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