Los miles de millones de microorganismos que viven dentro del tracto digestivo humano parecen desempeñar un papel importante en la salud y la enfermedad, especialmente el síndrome metabólico, los trastornos autoinmunes y la diabetes, pero no se comprende bien cómo lo hacen estos organismos. Los investigadores del Instituto Buck hanusó gusanos para proporcionar un marco para descifrar cómo las señales bacterianas específicas del microbioma influyen en el huésped, ya sea un gusano o un humano.
El trabajo, realizado en el gusano nematodo C. elegans y detallado en Informes científicos , una revista en línea de acceso abierto de los editores de Naturaleza , revela por primera vez cómo diferentes genes en las bacterias, en lugar de los metabolitos producidos por las bacterias, modifican la biología de los gusanos que los comen.
"La naturaleza dinámica de la comunidad microbiana intestinal ha resultado difícil de estudiar en ratones y aún más difícil en sujetos humanos", dijo el profesor de Buck, Pankaj Kapahi, PhD, científico principal del estudio. Para comenzar a desenredar las complicadas interacciones, su equipose cree que usa gusanos, que comen bacterias como parte de su dieta normal ". Hemos descubierto los efectos de la genética bacteriana en la fisiología de un organismo simple, que puede servir como un sistema modelo para estudiar el microbioma intestinal en mamíferos para identificar nuevas terapias.para tratar enfermedades ", dijo.
"Los humanos tienen un intestino lleno de bacterias que están 'hablando' con las células intestinales y, en última instancia, afectan a todo el organismo, por lo que ha habido mucha investigación dirigida a los metabolitos bacterianos asociados con enfermedades humanas. Este estudio es el primero en explorar cómolas bacterias mismas hablan con el huésped ", dijo Amit Khanna, PhD, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Kapahi.
Los fundamentos de este estudio comenzaron hace años no como un estudio del microbioma, sino como una contemplación de por qué los gusanos que comían menos vivían más tiempo. Kapahi se preguntó qué era lo que en la dieta de los gusanos era responsable de este cambio en la vida útil, y pensóla mejor manera de responder esa pregunta sería mutar genéticamente las bacterias que comen para ver qué causó algún cambio.
Para tener una respuesta fácil de sí o no en cuanto a si diferentes mutaciones en las bacterias afectaron a los gusanos, el equipo aprovechó un fenómeno en el ciclo de vida del gusano llamado dauer, en el que las larvas cerraron sus funciones para sobrevivir a las duras condiciones ambientalesSe sabe que uno de los factores que hacen que las lombrices entren en peligro son los compuestos producidos por las bacterias que comen y que una de las vías que controla esta respuesta es la vía de señalización similar a la insulina.
Aunque los humanos y los nematodos son, por supuesto, bastante diferentes, observó Kapahi, muchas vías son muy similares, incluida la señalización similar a la insulina, que desempeña un papel en enfermedades humanas, como la diabetes tipo 2 y la obesidad.
Para hacer la pregunta sobre qué genes en las bacterias normalmente presentes en niveles bajos en la flora intestinal humana afectarían la vía de señalización similar a la insulina en los gusanos, el equipo primero examinó sistemáticamente casi 4,000 manchas de bacterias E. coli que tenían un solo gendesactivado "noqueado" para ver qué formación dauer mejorada. Encontraron 56 mutantes que lo hicieron.
Algunos de estos mutantes también extendieron la vida útil de los adultos en los gusanos de control. El equipo eligió uno de los mutantes bacterianos que aumentó la vida útil en la mayor cantidad, llamada adenilato ciclasa cyaA, para explorar más a fondo. Descubrieron que cyaA modula la formación de dauer yvida útil al influir en la señalización de TGF-β, y descubrieron todo el mecanismo molecular: podían ver cómo las neuronas sensoriales hablan con las células objetivo y cuáles eran las vías moleculares involucradas que causaron que un gusano entrara en peligro.
"La idea de que una sola mutación genética, en las bacterias que los gusanos comen normalmente, podría arrojar a un animal entero y enviarla a un estado más dañino, ciertamente no era un concepto que anticipamos cuando comenzamos este estudio".dijo Kapahi
Los resultados demuestran que la combinación de la genética de bacterias y gusanos puede ser una herramienta poderosa para estudiar las señales moleculares mediante las cuales las bacterias modulan la señalización de nutrientes y los procesos fisiológicos del huésped, como el desarrollo y el envejecimiento. Estos procesos a menudo son muy similares en organismos superiores,así que la importancia del estudio no se limita a C. elegans . Los gusanos también permiten que las preguntas sean respondidas rápidamente, del orden de 10 a 15 días.
"Hay muchos estudios que muestran que el microbioma influye en esto y aquello, pero tenemos muy poca comprensión de los mecanismos y cómo dar sentido a los montones de datos", dijo Khanna. "Creemos que nuestro método podría ser el caminoadelante: para poder hacer preguntas específicas sobre qué contribuyen los componentes bacterianos individuales y cómo lo hacen "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Buck de Investigación sobre el Envejecimiento . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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