Cómo funciona el proyecto del microbioma humano

Solo un problema. Somos los microbios contra los que estamos luchando.

Nuestro microbioma , la colección de microbios y su material genético que vive dentro y sobre el cuerpo, está tan repleto de bacterias, virus e incluso hongos que nuestras células humanas constituyen solo el 10 por ciento de las células de nuestro cuerpo [fuente: yang ]. Si se quedó boquiabierto al enterarse de que las cepas de Escherichia coli viven en la encimera de su cocina, se enfadará mucho cuando se dé cuenta de que también viven felizmente en sus intestinos. Si siente aprensión por los cultivos vivos de Lactobacillus en su yogur , probablemente no se sienta feliz de saber que hay una población próspera que coloniza su vagina (o la de alguien cercano y querido para usted).

Pero incluso con la enorme densidad e importancia de nuestro microbioma, en realidad sabemos muy poco al respecto. Si bien somos conscientes de que algo como la abundancia de la bacteria Clostridium difficile en el intestino puede causar problemas de salud fatales, no estamos seguros de cómo es un intestino saludable. En consecuencia, los científicos están tratando no solo de determinar cómo nuestros amigos microbianos pueden ayudarnos o dañarnos, sino también de establecer una línea de base para un microbioma normal. Al igual que el Proyecto del Genoma Humano que cartografió la totalidad de los genes humanos, el Proyecto del Microbioma Humano busca identificar la totalidad de nuestro paisaje microbiano.

Y estos microbios no son solo parásitos. Estamos alojando más bacterias que nuestra propia carne, sangre, músculo, lo que sea. Por supuesto, las células microbianas son en realidad de una décima a una centésima parte del tamaño de una célula humana, por lo que no es como si estuviéramos cargando mucho peso extra... ¿verdad [fuente: Kolata ]? No, todos arrastramos alrededor de 2 a 5 libras (0,9 a 2,3 kilogramos) de bacterias incluso en el cuerpo más magro (¿o más limpio?). (La dieta antibacteriana de Hollywood seguramente está en camino).

Así que reúna sus bacterias, hongos, arqueas y protozoos junto al fuego para aprender cómo funciona el Proyecto Microbioma Humano.

1. Conociendo tu microbioma
2. El proyecto: muestras de cientos de humanos
3. Los hallazgos (también conocido como usted puede aprender mucho de sus microbios)

Antes de pasar al Proyecto Microbioma Humano, repasemos lo que están estudiando estos científicos. Microbio es una de esas palabras que escuchamos y saltamos alegremente, pensando que es solo un cajón de sastre para algo pequeño y vagamente bacteriano. Lo cual, resulta que es algo exacto.

Si bien las bacterias ciertamente comprenden una gran parte de nuestro microbioma, algunos otros microbios menos conocidos también forman parte de nuestro grupo microbiano. Tome Archaea , que son tan similares a las bacterias que, durante mucho tiempo, los científicos simplemente asumieron que eran bacterias. No tan. En realidad, tienen diferentes aminoácidos y azúcares y una estructura genética diferente. Una vez que se pensó que residía solo en ambientes extremos , las arqueas se han encontrado en las membranas mucosas orales, intestinales y vaginales de los humanos.

Luego están los protozoos , a los que a veces llamamos "gérmenes" porque algunos tipos pueden causar disentería o malaria , pero son un poco más grandes que las bacterias. Y no olvidemos el hongo entre nosotros, que puede cubrir la piel sin muchas consecuencias, o pasar al territorio de la infección. Los virus también son parte de nuestro microbioma, pero no creas que solo están esperando ociosamente las manos sucias para darte un resfriado.

De hecho, nuestros microbios en gran medida no son huéspedes holgazanes que viajan en nuestro cuerpo. Podrían compararse más acertadamente con el personal bien administrado de una propiedad fabulosa. Por ejemplo, una de las funciones más importantes de los virus en el microbioma es infectar bacterias, cambiando la forma en que funcionan las bacterias o la cantidad que hay. Por lo tanto, es útil pensar que los virus trabajan con (o contra) la función bacteriana en nuestro cuerpo [fuente: Williams ].

Cuando sufra un resfriado y despotrice contra los gérmenes, recuerde que sin microbios no podría comer ni respirar. Si bien no están en el cuerpo, las bacterias fotosintéticas en el agua producen la mitad de nuestro oxígeno [fuente: Universidad de Utah ]. Los microbios llenan nuestro sistema para ayudar a la digestión y sintetizar vitaminas, y es posible que le entusiasme informar en su próxima cena que la mitad de sus heces no son restos de comida sino biomasa microbiana que se repone rápidamente en su intestino [fuente: Kolata ]. Los buenos evitan la infección o los microbios que causan enfermedades y fortalecen nuestro sistema inmunológico y, como estamos aprendiendo por cortesía del Proyecto Microbioma Humano, hacen muchísimo más.

Entonces, ahora que sabemos lo que estamos estudiando, pasemos al Proyecto Microbioma Humano en sí. Financiada a través de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., la primera fase estaba programada para un calendario de cinco años e incluía obtener muestras del microbioma humano y desarrollar un conjunto de referencia de secuencias del genoma microbiano (la meta era 3000 secuencias). La segunda fase (2013-2015) consiste en desarrollar una especie de catálogo de conjuntos de datos de microbiomas para ayudar a la comunidad científica a investigar y estudiar enfermedades y salud. También tienen la tarea más amplia y desafiante de investigar la conexión entre la comunidad microbiana de una persona y varias enfermedades y condiciones.

¿Por qué no se ha hecho esto antes? La tecnología no existía. En realidad, no había forma de que los científicos estudiaran los microbiomas residentes porque no podían cultivarse ni aislarse en un entorno de laboratorio. Pero con el avance de la tecnología y la secuenciación del ADN , los científicos ahora podían aislar el material genético de las comunidades microbianas sin necesidad de cultivarlas [fuente: NIH ]. Y así, el proyecto comenzó en 2007 con un presupuesto de $ 170 millones y una tarea bastante sencilla: tomar muestras de un número suficiente de personas sanas para determinar una línea de base o marco de lo que implica un microbioma humano.

La primera fase comenzó con el reclutamiento de voluntarios que se consideraban "sanos". Eso no fue fácil: se incorporaron 600 sujetos entre 18 y 40 años, pero después de exámenes rigurosos (por cosas como caries e infecciones por hongos , así como la salud en general), más de la mitad fueron rechazados. Doscientos cuarenta y dos sujetos de Houston, Texas, y St. Louis, Missouri, finalmente cumplieron con los criterios y fueron los afortunados de que se les tomaran muestras en múltiples lugares en múltiples momentos, y luego más de 200 científicos secuenciaron su bioma. en 80 instituciones diferentes [fuente: Kolata ].

Cada hombre fue muestreado en 15 lugares y cada mujer en 18 (para tener en cuenta el entorno microbiano de la vagina), cada uno hasta tres veces durante dos años. Las muestras incluían áreas del intestino (tomadas de las heces), la nariz y múltiples lugares en la boca y en la piel.

En el transcurso del estudio, se obtuvieron más de 11,000 muestras y los científicos pudieron secuenciar parte del material de ARN para identificar los microbios, así como determinar el tamaño de la población [fuente: Baylor College of Medicine ]. Hasta el momento, 800 de las muestras pasaron por una secuencia completa del genoma [fuente: Baylor College of Medicine ]. El proyecto ha generado la friolera de 3,5 billones de bytes de datos, que es mil veces más que el Proyecto Genoma Humano [fuente: Baylor College of Medicine ].

El financiamiento del Fondo Común de los Institutos Nacionales de Salud se utilizó hasta 2013, pero el proyecto luego comenzó a financiarse a sí mismo a través de 16 institutos NIH participantes [fuente: Mole ]. Los científicos todavía están estableciendo protocolos de muestreo más estrictos e intentando encontrar una base de apoyo técnico y recursos.

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Con los billones y billones de bytes de datos que ha generado el Proyecto del Microbioma Humano, puede apostar que los hallazgos no son difíciles de conseguir. Uno de los primeros, y más sorprendentes, descubrimientos fue que, según el contenido genético de las muestras, podría haber casi 8 millones de genes microbianos únicos en todo el cuerpo de los adultos estudiados. Eso es cientos de veces más de lo que el genoma humano contribuye al cuerpo [fuente: Yang ]. También descubrieron que incluso estas personas sanas tenían microbios que podían causar problemas en un sistema inmunológico debilitado , pero parecían felices de pasar el rato sin causar daño en la mayoría de los casos. Eso significa que bacterias como el estafilococo y la E. coli están presentes en personas normales, pero no necesariamente presentan una infección.

Aún más genial: ningún microbio estaba presente en todas las personas, lo que también parece implicar que no hay un microbioma "normal". También encontraron que los microbios eran más similares en el mismo sitio de diferentes sujetos. (Lo que significa que entre dos personas, las comunidades microbianas en la piel, por ejemplo, eran más parecidas que las comunidades microbianas en diferentes sitios de una persona). Pero diferentes bacterias pueden estar realizando la misma función en diferentes individuos: mientras que dos personas pueden digerir carbohidratos igualmente bien, podrían ser dos especies diferentes de bacterias las que están haciendo el trabajo en cada persona [fuente: Baylor College of Medicine ].

El estudio del microbioma humano (y el uso de los datos del proyecto) ya ha dado lugar a algunos resultados fascinantes. Un estudio de 2012 encontró que el microbioma vaginal cambia significativamente con el embarazo. Lactobacillus johnsonii es una especie de bacteria que normalmente se encuentra en el intestino para ayudar a digerir la leche, pero florece en la vagina cuando una mujer está embarazada. Los científicos plantean la hipótesis de que un bebé que atraviesa el canal vaginal, y se encuentra con microbios por primera vez, podría usar esos microbios para ayudar a digerir la leche materna desde el primer momento [fuente: Zimmer]. También ha habido algunas hipótesis de que un parto vaginal, que expone al bebé inmediatamente a los microbios intestinales, vaginales y de la piel, podría resultar más ideal para el sistema inmunológico de un bebé que un parto por cesárea estéril. Un estudio en Puerto Rico está estudiando si tomar muestras de secreciones vaginales de los bebés por cesárea poco después del nacimiento podría contribuir a una colonia bacteriana resistente [fuente: Gitig ].

Y no olvidemos que el estudio de las bacterias conducirá a una mejor comprensión de los antibióticos y la resistencia bacteriana. Ya no es viable suponer que las bacterias "buenas" se repoblarán automáticamente después de la "tala y quema" que tiene lugar cuando se introduce un antibiótico. Los científicos están pensando en entornos microbianos que necesitan una cuidadosa poda y crianza. En lugar de administrar antibióticos para matar el estafilococo, una alternativa podría ser aplicar una crema de la que las bacterias buenas puedan alimentarse para ayudar a derrocar a los intrusos del estafilococo [fuente: Zimmer ].

Para obtener más información sobre los amigos microbianos que pasan el rato gratis con su persona, consulte la página siguiente para obtener mucha más información.

Más hallazgos microbianos

Ha habido bastantes hallazgos microbianos en los últimos años, gracias en parte al Proyecto Microbioma Humano. Uno fue la introducción de trasplantes fecales para tratar pacientes infectados con C. difficile ; los científicos ahora esperan que se pueda administrar un tipo específico de bacteria en su lugar [fuente: Gitig ]. Los científicos también han descubierto que cierta cepa de bacterias está elevada en pacientes con periodontitis, lo que nos permite tener una mejor comprensión de la salud bucal [fuente: NIH]. Los investigadores también están estudiando por qué cuando las bacterias intestinales de los ratones obesos se transfieren a sus homólogos más delgados, los ratones más delgados aumentan de peso. Los estudios ahora muestran que el microbioma de los ratones más gordos podría cambiar la forma en que el cuerpo usa el azúcar para almacenar energía y grasa [fuente: Zimmer ].

Nota del autor: Cómo funciona el proyecto del microbioma humano

Es difícil no estar fascinado por el hecho de que nuestros cuerpos no son realmente nuestros, sino que requieren un elaborado sistema de criaturas vivas para ayudarnos a pasar el día. Recordar que los microbios pueden vivir felices sin nosotros, pero que estaríamos muertos sin ellos, podría permitirnos nutrir y proteger el sistema que nos nutre y protege.

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