Contamos con más genes en el microbioma humano que estrellas que podemos observar
Científicos de la Escuela de Medicina de Harvard y el Centro de Diabetes Joslin, ambos en Estados Unidos, han calculado cuántos genes hay en el microbioma de una persona y, según publican este miércoles en la revista Cell Host & Microbe, han llegado a la conclusión de que puede haber más genes en el microbioma humano colectivo que estrellas en el universo observable.
Los astrónomos han calculado que hay alrededor de mil millones de billones de estrellas con lo que, si se comparan las cifras y se confirma que al menos la mitad de estos genes parecen ser únicos para cada individuo, la diversidad resultante supera con creces las expectativas de los investigadores.
Se estima 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 supone 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», dice el primer autor del estudio, Braden Tierney, un estudiante graduado de la Facultad de Medicina de Harvard.
Los científicos estiman que el microbioma humano contiene billones de bacterias, la mayoría de ellas inofensivas, muchas beneficiosas y algunas que causan enfermedades. La creciente evidencia ha revelado el papel de estos microbios como poderosos moduladores de la enfermedad y la salud.
Los cambios tanto en el recuento como en el contenido bacteriano se han relacionado con el desarrollo de afecciones que van desde la caries dental y las infecciones intestinales hasta las más graves, como la enfermedad inflamatoria intestinal crónica, la diabetes y la esclerosis múltiple.
La mayor parte de la investigación hasta la fecha se ha centrado en mapear los tipos de bacterias que habitan nuestros cuerpos en un esfuerzo por determinar la presencia de una especie bacteriana determinada y cómo podría afectar el riesgo de enfermedad. Por el contrario, la nueva investigación profundiza mucho más, observando los genes que componen las diversas especies y cepas microbianas.
«Al igual que no hay dos hermanos genéticamente idénticos, tampoco hay dos cepas bacterianas genéticamente idénticas –dice 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 de la misma cepa bacteriana podrían tener una composición genética marcadamente diferente, por lo que la información sobre especies bacterianas por sí sola podría enmascarar las diferencias críticas que surgen de la variación genética».
La catalogación del conjunto de genes microbianos podría informar el diseño de tratamientos dirigidos con precisión, según 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.PUBLICIDAD
«Tales terapias estrechamente dirigidas se basarían en la composición genética microbiana única de una persona en lugar de solo en el tipo bacteriano», dice Kostic.
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 e intestinales humanos.
En total, analizaron el ADN de unas 3 mil 500 muestras de microbioma humano, de las cuales más de mil 400 se obtuvieron de la boca de las personas y 2 mil 100 de su intestino.
Los investigadores encontraron que había casi 46 millones de genes bacterianos en las 3 mil 500 muestras, alrededor de 24 millones en el microbioma oral y 22 millones en el microbioma intestinal.
Genes “solterones”
Más de la mitad de todos los genes bacterianos (23 millones) fueron encontrados solo una vez, lo que los hace únicos para el individuo.
Los investigadores denominaron a estos genes únicos “solterones”. De los 23 millones de “solterones”, 11.8 millones provienen de muestras orales y 12.6 millones provienen de muestras intestinales.
Para agravar la intriga, estos genes únicos también parecían comportarse de manera diferente a otros genes, según observaron los investigadores: realizaban 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, la conversión de energía y el metabolismo.
Los genes únicos, por el contrario, tienden a realizar 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, dice el equipo, sugiere que los genes “solterones” son partes clave del kit de supervivencia evolutiva de un microbio.
«Algunos de estos genes únicos parecen ser importantes para resolver los desafíos evolutivos –dice Tierney–. Si un microbio necesita volverse resistente a un antibiótico debido a la exposición a medicamentos o de repente enfrenta una nueva presión selectiva, los genes “solterones” pueden ser la fuente de la diversidad genética de la que el microbio puede extraer medios para adaptarse».
Los investigadores creen que hay al menos dos factores importantes en esta variación genética. Uno es la tendencia de los microbios a 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 singularidad 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 que se encuentran en el intestino parecen haber surgido a través de este intercambio genético vecino.
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 evolucionar 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 esta variación, pero los ejemplos de tales cambios pueden incluir qué tipo de alimentos consume una persona, qué medicamentos usa, las elecciones de estilo de vida que toma, qué exposiciones ambientales encuentran y cualquier cambios fisiológicos en el huésped, incluida la regulación positiva y negativa en varios genes del huésped o si una persona desarrolla una enfermedad.
Así, según los cálculos los genes que conforman el microbioma humano colectivo podrían rondar los 232 millones. Sin embargo, otra estimación arroja un número comparable al número de átomos en el universo. De hecho, el número verdadero puede ser desconocido, dice Patel.
«Sea el 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 entre el huésped y el microbio», desea el investigador.
*Tomado de La Jornada