Bacterias nocivas viven en cuerpos sanos sin causar enfermedad

Los científicos que trabajan en un gran proyecto que ha mapeado todos los diferentes microbios que viven en y sobre un cuerpo humano saludable han hecho una serie de descubrimientos notables, incluido el hecho de que Las bacterias dañinas pueden vivir en cuerpos sanos y coexistir con su anfitrión y otros microbios sin causar enfermedades..
Esta semana se publican varios artículos del Proyecto de Microbioma Humano (HMP), incluidos dos en Naturaleza y dos en Más uno.

El microbioma

El microbioma es la suma de todos los microbios que colonizan el cuerpo: comprende billones de microorganismos que superan en número a las células humanas por 10 a 1. Los microbios habitan en cada rincón del cuerpo, y la mayoría de las veces la relación es amistosa. , porque ayudan a digerir los alimentos, fortalecer el sistema inmune y combatir los patógenos peligrosos.
El profesor asociado de Colorado University (CU) Rob Knight, del Instituto BioFrontiers, es coautor de los dos Naturaleza papeles. Le dijo a la prensa que el microbioma puede representar solo del 1 al 3% de la masa corporal humana, pero juega un papel clave en la salud humana.
Una de las características fascinantes del microbioma es que los diferentes sitios del cuerpo tienen diferentes comunidades de microorganismos que son tan diferentes entre sí como las diferencias entre las comunidades microbianas en los océanos y desiertos.
Knight dijo:
"Al comprender mejor esta variación microbiana podemos comenzar a buscar biomarcadores genéticos para la enfermedad".
Otra de las características curiosas que el HMP ha descubierto es que incluso las personas sanas tienen bajos niveles de bacterias dañinas, pero mientras el cuerpo se mantenga saludable, no causan enfermedades, simplemente coexisten junto con microbios beneficiosos.
Knight dijo que ahora tenemos que descubrir por qué: ¿qué es lo que hace que los patógenos se vuelvan letales?

El Proyecto del Microbioma Humano (HMP)

El Consorcio del Proyecto Microbioma Humano (HMP) es un grupo colaborativo de más de 200 investigadores de 80 centros de investigación que está organizado y financiado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) en los Estados Unidos. El proyecto ha estado funcionando desde 2007.
Muchos científicos ahora consideran los cuerpos humanos como "supra-organismos", colecciones de comunidades formadas por células humanas y microbianas que coexisten en un todo que es más que la suma de sus partes.
La idea detrás del HMP es que, debido a que el microbioma es más variado que el genoma y más fácil de modificar, brinda un punto de partida más lógico para los tratamientos personalizados, el objetivo de la medicina personalizada.
Knight dijo que el HMP ha probado el microbioma de muchas personas, para "tener una mejor idea de la variabilidad y cómo los microbios trabajan juntos en comunidades complejas".
En 2009, un equipo de CU-Boulder y la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, dirigido por Knight, publicó el primer atlas de diversidad bacteriana en todo el cuerpo humano en un documento en Ciencia.
Para ese estudio, tomaron muestras de hisopos de 27 sitios en los cuerpos de 9 voluntarios y descubrieron que los seres humanos tenemos comunidades bacterianas personales que varían ampliamente en nuestro cuerpo: las que tenemos en la frente tienen una firma diferente a las de nuestros pies, y a los que están en nuestros ombligos y a los que están en nuestras narices.

Nueva forma de investigar el microbioma

Para los estudios publicados recientemente en 2012, los investigadores de HMP tomaron muestras de los microbiomas de 242 estadounidenses sanos: recolectaron tejido en tres momentos diferentes de 15 sitios del cuerpo en 129 hombres y de 18 sitios en 113 mujeres. Los sitios incluyen la piel, la nariz, la boca, los codos y el intestino grueso.
Una característica importante del proyecto es el método que los investigadores usaron para identificar los microorganismos. En lugar de aislar y cultivar patógenos individuales, purificaron y analizaron todo el ADN humano y microbio juntos muestra por muestra, para más de 5,000 muestras.
Para el análisis usaron máquinas y equipos de secuenciación de ADN para buscar señales genéticas específicas que sabían que estaban presentes solo en las bacterias. Estas señales provienen de genes de ARN ribosómico variable en bacterias que ayudan a crear estructuras celulares que producen proteínas. Usando estos, los investigadores pudieron rastrear las firmas de diferentes especies microbianas.
Utilizando firmas microbianas, los investigadores de HMP podrían ignorar cualquier secuencia de genoma humano y enfocarse en el ADN bacteriano.
Otro método que utilizaron se llama secuenciación "metagenómica". Esto secuencia el ADN de toda la comunidad microbiana y permite, por ejemplo, que los investigadores estudien las capacidades metabólicas codificadas en los genes de la comunidad microbiana.

Descubrimientos clave sobre el microbioma

Los investigadores de HMP establecieron que más de 10,000 especies microbianas habitan el "ecosistema" humano. Knight dijo que creen que ahora han encontrado entre el 81 y el 99% de todos los géneros de microorganismos en estadounidenses adultos sanos.
Uno de los hallazgos clave fue la gran diferencia en las comunidades microbianas en todo el cuerpo humano. Por ejemplo, las comunidades microbianas que viven en los dientes son diferentes de las de la saliva.
Y se encontró que la colección más diversa de microbios habitaba en la piel, lo que probablemente no sea sorprendente porque la piel es la principal barrera entre el cuerpo y el mundo exterior.
En uno de los Naturaleza Estudios, dirigidos por el Dr. Jeffrey Gordon de la Universidad de Washington, los investigadores encontraron diferencias dramáticas en los microbios intestinales de los estadounidenses en comparación con personas de otros países como Malawi y Venezuela, en adultos y niños.
Knight dijo que solo están "empezando a arañar la superficie" en términos de descubrir cómo el microbioma humano se desarrolla desde la infancia hasta la edad adulta en diferentes partes del cuerpo y en diferentes países.
Dijo que estaban particularmente interesados ??en cómo las poblaciones no occidentales no sufren las enfermedades que normalmente asociamos con un estilo de vida occidental, como el asma, las alergias, la obesidad y la enfermedad inflamatoria intestinal.
Otro descubrimiento interesante es que de los genes que influyen en el metabolismo humano, la mayoría de ellos están en el microbioma y no en el genoma humano.
El genoma humano tiene alrededor de 22,000 genes para codificar proteínas, pero el microbioma humano tiene alrededor de 8 millones de genes únicos que codifican proteínas.
El resultado es que no podríamos digerir nuestros alimentos y absorber los nutrientes vitales si no fuera por las bacterias en nuestro intestino.
Además, las bacterias intestinales hacen más que descomponer los alimentos y sus componentes como proteínas, grasas e hidratos de carbono, sino que también producen compuestos beneficiosos como vitaminas y antiinflamatorios.
Y dentro de esta complejidad de los procesos intestinales, los investigadores HMP hicieron otro descubrimiento notable: la distribución de los procesos metabólicos proporcionados por los microorganismos es más importante que las especies que realmente hacen el trabajo.
Por ejemplo, un intestino sano siempre contendrá una comunidad de microbios que ayuda a digerir las grasas. Pero este trabajo no tiene que ser hecho por la misma especie todo el tiempo: los investigadores dijeron que era como si las bacterias estuvieran "pellizcando" entre sí.

La nueva investigación también confirmó los hallazgos de estudios anteriores más pequeños: los componentes del microbioma humano cambian durante la enfermedad. Cuando un paciente está enfermo o toma antibióticos, las especies del microbioma pueden cambiar sustancialmente a medida que una especie bacteriana u otra se ve afectada. Eventualmente, sin embargo, el microbioma se establece en un nuevo estado de equilibrio, incluso si la composición anterior no se restaura por completo.

Niños con fiebre inexplicable

Uno de los PLoS Los estudios, dirigidos por Gregory A Storch, el Profesor Ruth L Siteman de Pediatría en la Universidad de Washington, examinaron los microbios en las narices y la sangre de los niños que desarrollan fiebre repentina e inexplicable. Este es un problema común en bebés menores de 3 años, y los antibióticos a menudo se administran por precaución, pero esto también es problemático porque contribuye a la resistencia a los antibióticos.
Los investigadores de este estudio encontraron que las muestras de los niños enfermos tenían más especies de virus, algunas de ellas nuevas, que las muestras de niños sin fiebre, que también habían tomado para comparar.
Si bien la fiebre es una de las formas en que el cuerpo defiende contra los virus que pueden causar enfermedades, este estudio muestra que incluso los niños sin fiebre son portadores de virus, aunque en menor cantidad.
Esto establece el escenario para nuevas investigaciones para estudiar las diferencias entre las infecciones virales con y sin fiebre, lo que lleva a nuevas formas de aplicar el conocimiento microbioma en la clínica, dijeron los investigadores.

Nuevos organismos encontrados en muestras de heces

En otro PLoS estudio, investigadores del Instituto del Genoma y la Universidad de California, San Francisco, encontraron grupos previamente desconocidos (taxones) de microorganismos en muestras de heces de 11 individuos sanos.
Aunque solo encontraron bajos niveles de estos microorganismos aún no nombrados, los investigadores sugieren que probablemente sean bastante comunes porque los encontraron en varias personas.

Futuros estudios HMP

Los investigadores de HMP están planificando estudios clínicos que buscan vínculos entre el microbioma y la enfermedad. Estos incluyen: examinar los cambios en el microbioma vaginal durante el embarazo; investigar el papel del microbioma intestinal en la colitis ulcerosa, el cáncer de esófago y la enfermedad de Crohn; investigación adicional del ADN viral en las fosas nasales de niños con fiebres inexplicables; mirando el microbioma de la piel en psoriasis, dermatitis e inmunodeficiencia; y comprender cómo el microbioma contribuye a los trastornos de la infancia, como el dolor abdominal pediátrico y la inflamación intestinal.
Escrito por Catharine Paddock PhD