Los ecosistemas microbianos, como las plantas de tratamiento biológico de aguas residuales y el tracto gastrointestinal humano, albergan una gran diversidad de especies bacterianas. Científicos del Centro de Biomedicina de Sistemas de Luxemburgo LCSB y la Unidad de Investigación de Ciencias de la Vida LSRU de la Universidad de Luxemburgo, en colaboración con investigadores estadounidenses, han logrado por primera vez determinar genes funcionales clave y los organismos que los codifican en dichos sistemas ecológicos, trabajando a partir de datos extensos de genética bacteriana y metabolismo bacteriano.
Las especies clave son especies que juegan un papel central en el funcionamiento de los ecosistemas. Por lo general, no son las especies más abundantes, pero son mucho más importantes si los organismos llevan copias de genes esenciales distintos; los investigadores aquí hablan de "genes clave", queTambién se transcriben de manera desproporcionada a menudo. Las ideas del grupo del profesor Paul Wilmes de FNR-ATTRACT también son de importancia médica: cuando las comunidades microbianas se desequilibran en el curso de la enfermedad, se puede lograr un efecto positivo en la salud al apoyar la bacteria claveespecies de forma específica. El estudio fue publicado en la nueva revista del Nature Publishing Group, npj Biofilms y Microbiomes.
Hasta ahora, los científicos han tenido dificultades para analizar las dependencias entre las muchas bacterias en un ecosistema complejo como el intestino o una planta de tratamiento biológico. En la mayoría de los casos, registran las diferentes especies que ocurren juntas bajo condiciones ambientales cambiantes. Patrones similaresde variación se considera una indicación de interacción y se cree que las especies altamente conectadas representan especies clave ". El surgimiento de las nuevas tecnologías ómicas, incluyendo genómica, transcriptómica o proteómica, ha traído consigo posibilidades completamente nuevas y emocionantes para investigar ecosistemas".Paul Wilmes dice: "Después de los análisis de alto rendimiento, en los que recolectamos grandes cantidades de datos, ahora podemos inferir redes de toda la comunidad en la computadora. A partir de estos, podemos identificar, por ejemplo, rasgos funcionales clave dentro de la comunidad y estamoscapaz de atribuir tales rasgos a miembros específicos de la comunidad "
Para lograr esto, Wilmes y su grupo tomaron muestras de una planta de tratamiento de aguas residuales durante diferentes estaciones. Luego caracterizaron la totalidad de todos los genes, analizaron qué genes se transcribían y obtuvieron una visión general de las proteínas resultantes ". Con esta combinación demetagenómica, metatranscriptómica y metaproteómica, pudimos reconstruir las redes metabólicas de la comunidad en un momento dado ", dice la Dra. Anna Heintz-Buschart, científica de LCSB y primera autora de la publicación." Esto nos dice qué sustancias pueden serproducidos por la comunidad en general, qué genes existen en múltiples copias en diferentes especies bacterianas y en qué cantidades se producen ciertas proteínas ".
Armados con este conocimiento, los investigadores primero identificaron los "genes clave" y los vincularon a las especies clave ". Los genes y especies identificados cumplen funciones esenciales en el ecosistema", explica Paul Wilmes: "Muchas vías y especies metabólicas sondependen de ellos. Cuando están ausentes, tiene consecuencias dramáticas para todo el ecosistema. Pero, si fuera a aprender cómo apoyarlos, entonces el ecosistema probablemente sería más productivo y resistente ".
El director de LCSB, Prof. Rudi Balling explica la importancia médica de las nuevas ideas: "Suponemos que enfermedades como el Parkinson podrían ser causadas en parte por una interrupción en la composición de las comunidades microbianas en el cuerpo humano. Con este conocimiento sobre los genes clavey especies, podemos observar más de cerca las causas moleculares en el futuro, y explorar medidas para restaurar el equilibrio ecológico en el intestino, por ejemplo ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Luxemburgo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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