La comunidad microbiana que puebla el cuerpo humano juega un papel importante en la salud y la enfermedad, pero con pocas excepciones, la forma en que las especies microbianas individuales afectan la salud y los estados de enfermedad sigue siendo poco conocida. Un nuevo estudio del investigador de Princeton Mohamed Abou Donia y sus colegas, que apareceen la edición del 13 de diciembre de la revista Science, brinda a los científicos nuevas herramientas para explorar y comprender el microbioma humano.
La identidad y el equilibrio de las especies bacterianas en la piel humana y las superficies mucosas influyen en una variedad de enfermedades, que van desde dolencias digestivas hasta halitosis, vaginosis bacteriana y eccema. El microbioma también ayuda al desarrollo inmunitario y a la lucha contra los patógenos. Sin embargo, el ser humanoEl microbioma es increíblemente diverso: las comunidades de bacterias, virus, hongos y otros organismos pequeños difieren según el tejido en el que viven y entre las poblaciones y los individuos humanos. No está claro qué constituye un microbioma normal y saludable, y mucho menos cómo uno podría funcionar.traer a un enfermo de vuelta al equilibrio.
Un enfoque común para resolver este problema es cultivar un microbio individual en el laboratorio y explorar cómo contribuye a los estados de salud o enfermedad. Desafortunadamente, puede ser difícil identificar y aislar especies muy raras, o encontrar las condiciones necesarias para apoyarsu crecimiento fuera de su nicho natural. Hacer esto con cada especie sería una tarea desalentadora. Alternativamente, los científicos pueden examinar el microbioma in situ, con el objetivo de describir sus componentes individuales y cómo interactúan.
Los microbios unidireccionales se comunican, y luchan, entre sí y con las células humanas a través de pequeñas moléculas biológicamente activas.
"Nuestro objetivo a largo plazo es definir el espacio químico del microbioma humano", explicó Donia, profesora asistente en el Departamento de Biología Molecular. Su grupo se propuso identificar el conjunto de genes que fabrican tales productos químicos denominado ungrupo de genes biosintéticos BGC directamente en muestras clínicas, lo que permitiría a los científicos escuchar la conversación química que tiene lugar y descubrir quién habla y cuándo.
Dirigidos por los coprimeros autores Yuki Sugimoto, investigador asociado de posdoctorado y estudiante graduada Francine Camacho, los investigadores desarrollaron algoritmos informáticos que pueden detectar BGC mediante el análisis e interpretación de datos de secuencia metagenómica. Los datos de secuencia metagenómica se componen de secuencias genéticas obtenidas detejidos o excreciones de cientos de sujetos humanos. Algunos conjuntos de datos metagenómicos se extraen de muestras clínicas tomadas de diversas poblaciones, incluidas personas en diferentes estados de salud o enfermedad, o personas en diferentes lugares geográficos. Se necesita un análisis intensivo para dar sentido a los ricospero a menudo información fragmentaria contenida en estos conjuntos de datos.
El enfoque empleado por Donia y sus colegas comenzó identificando genes esenciales para la síntesis de una molécula o químico particular de interés, luego utilizando algoritmos computacionales para clasificar datos metagenómicos para secuencias genéticas similares homólogas y agrupando estos fragmentos de secuencia.Luego evaluaron la prevalencia de cada grupo en la población humana y utilizaron las secuencias agrupadas para juntar los BGC de longitud completa. Es importante destacar que este enfoque permitió la identificación de nuevos BGC, incluso si son extremadamente raros.
Para validar este enfoque, los investigadores investigaron si podían detectar los BGC involucrados en la síntesis de policétidos tipo II. Esta clase de productos químicos, que incluye el medicamento contra el cáncer doxorrubicina y varios medicamentos antibióticos, se encontró previamente en bacterias del suelo pero teníanunca antes se había encontrado en bacterias del microbioma humano.
"Para nuestra sorpresa, descubrimos 13 de estos grupos de genes, que se distribuyen ampliamente en el microbioma intestinal, oral y de la piel de personas desde los Estados Unidos hasta Fiji", dijo Donia. Para probar si estos BGC recientemente identificados realmente producenLos policétidos de tipo II, los investigadores seleccionaron dos de los BGC e insertaron sus genes en bacterias que se pueden cultivar fácilmente en el laboratorio, luego usaron espectrometría de masas para detectar cualquier producto químico nuevo. Estos compuestos fueron purificados y probados para detectar actividad antibiótica o anticancerígena.
"Dos de las cinco nuevas moléculas que descubrimos son antibióticos potentes, tan potentes como sus parientes clínicamente utilizados contra los microbios vecinos en el microbioma oral, revelando un mecanismo potencial para la competencia de nicho y la defensa contra intrusos y patógenos", dijo Donia.la identificación de nuevos antibióticos es importante porque los patógenos están desarrollando resistencia a los antibióticos actualmente en uso clínico. Se necesitará más trabajo para descubrir la actividad biológica de las otras tres moléculas y el papel de las cinco en la salud o enfermedad humana. Tales estudios pueden descubrirNuevas vías para la interacción entre microbios, o entre el microbioma y su huésped humano.
Con esta tecnología, ahora es posible extraer nuestros propios microbiomas para el descubrimiento de fármacos o nuevas interacciones biológicas. ¿Qué otros tesoros podría revelar este tipo de análisis? Como observó Donia, "esta fue solo una clase de moléculas clínicamente importantes que fuimosdespués: ¡hay docenas más por hacer y ni siquiera podemos comenzar a predecir lo que descubriremos! "
Este trabajo recibió el Premio al Nuevo Innovador del Director de los Institutos Nacionales de Salud 1DP2AI124441, el Programa Pew Biomedical Scholars y el Fondo Helen Shipley Hunt, que apoyó un Premio del Equipo de Investigación Centrado en Antibióticos de Precisión de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadasen la Universidad de Princeton.
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Materiales proporcionado por Universidad de Princeton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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