Un esfuerzo de colaboración de un equipo de investigadores de tres instituciones, incluido el Laboratorio de Biología Marina MBL en Woods Hole, el Instituto Forsyth en Cambridge y la Universidad de Washington en St. Louis, brindó una visión temprana de cómo las comunidades microbianas en el intestino:conocidos colectivamente como el microbioma intestinal: están organizados espacialmente, descubriendo un sorprendente grado de mezcla entre diferentes miembros bacterianos.
El estudio, que aparecerá en la edición del 13 de octubre de Las Actas de la Academia Nacional de Ciencias PNAS , es el primero en examinar la estructura tridimensional de una gran variedad de microbios intestinales y descubre algunas diferencias notables entre el paisaje microbiano del intestino y los de otros sitios del cuerpo, como la boca.
"Nadie había visto una comunidad microbiana compleja en el intestino de esta manera antes", dijo el autor principal Gary Borisy, investigador principal del Instituto Forsyth. "Si realmente queremos entender el papel del microbioma, esno es suficiente para saber qué microbios están presentes. También debemos saber qué están haciendo, con quién están hablando y por qué. Parte de la respuesta a ese problema es descubrir quién está al lado de quién y quién está al lado de qué."
Eso es precisamente lo que se propusieron hacer Borisy y sus colegas, incluida la primera autora Jessica Mark Welch del Laboratorio de Biología Marina y colegas del laboratorio Gordon de la Universidad de Washington en St. Louis. El equipo de investigación introdujo 15 especies bacterianas diferentes enratones libres de gérmenes, creando un modelo humanizado del microbioma intestinal. Aunque es solo una representación parcial del conjunto completo de microbios que se encuentran típicamente en el intestino humano, esta comunidad microbiana simplificada proporcionó una oportunidad clave para explorar cómo los microbios se ensamblan en vecindarios distintos.
"Utilizamos sondas que iluminaban cada una de las especies bacterianas con un color diferente, para que pudiéramos ver exactamente cómo se organizaron las bacterias entre sí y con respecto a los puntos de referencia como los alimentos y el tejido del huésped", dijo Jessica Mark Welch,científico asociado con el Laboratorio de Biología Marina.
Basado en estudios previos del microbioma intestinal, así como en su propia investigación sobre el microbioma oral específicamente la placa que se forma en los dientes, el equipo de investigación esperaba ver una cantidad significativa de estructura.
"En los sitios que hemos examinado hasta ahora en la boca, vemos comunidades microbianas altamente ordenadas, tanto que puedes imaginarlas como órganos multicelulares, como un hígado o una glándula del timo", explicó Borisy.están hechas de células bacterianas, por supuesto, pero hay muchos tipos diferentes de células organizadas de una manera altamente estructurada como un órgano del cuerpo ".
Pero eso no es lo que encontraron. En el intestino, los investigadores observaron un alto grado de mezcla entre microbios, no una mezcla completamente homogénea, pero aún muy entremezclada ". Lo comparamos con un biorreactor, donde las cosas se agitan alrededory bien mezclado ", agregó Borisy.
Aunque este modelo de microbioma intestinal carecía de una estructura altamente organizada, los investigadores identificaron algunos "micro"-hábitats, donde las células bacterianas tienden a congregarse. Estos sitios incluyen el tejido que recubre la superficie interior del intestino el "epitelio",que generalmente está cubierto con una capa de moco. También incluyen el espacio central la "luz", donde se recolectan los alimentos y el moco. Mientras que las poblaciones microbianas en estos lugares variaron algo en su composición general, es decir,las proporciones relativas de las diferentes bacterias pueden fluctuar: los investigadores no observaron diferencias marcadas, como una especie bacteriana que se encuentra exclusivamente en un sitio y no en otro.
"Creemos que el huésped está homogeneizando la comunidad microbiana, usando contracciones musculares para mezclar el contenido del intestino y empujándolos contra la pared intestinal, y desprendiendo mucosidad y células epiteliales desde la pared hacia la luz", agregó Mark Welch."Puede ser que esta mezcla sea lo que permita una relación estable entre el huésped y los microbios".
La capacidad de los investigadores para resolver esta intrincada imagen microbiana fluye de una estrategia experimental en la que Borisy y sus colegas combinan tecnologías y métodos sofisticados. Estas incluyen técnicas químicas que permiten etiquetar 15 microbios diferentes; métodos de imagen avanzados que pueden detectar yresuelva estas etiquetas, microscopía de vanguardia que puede cortar tejidos ópticamente en lugar de físicamente para visualizar muestras tridimensionales complejas, y un software que facilita el análisis y la reconstrucción de cientos de imágenes biológicas. Este enfoque innovador se aplicó por primera vez a los estudiosdel microbioma en placa, publicado por Borisy y sus colegas en 2016, y más recientemente en el microbioma intestinal, como se describe en su nuevo estudio PNAS.
Aunque el microbioma intestinal puede parecer desconectado de los que se encuentran en otras partes del cuerpo, hay lecciones cruciales que pueden surgir de estudiarlos de manera holística. La mayor parte del trabajo del Instituto Forsyth se centra en el microbioma oral con el objetivo principal deComprender mejor las comunidades microbianas. Además de comprender mejor cuáles son las reglas para gobernar un microbioma en particular mediante el estudio de una variedad de sitios en el cuerpo, también es posible que las comunidades microbianas, aunque físicamente separadas, puedan interactuar de maneras que influyen en la salud.
Borisy enfatizó que este tipo de investigación de microbiomas está en su infancia. Sin embargo, es esencial para desarrollar una comprensión profunda de la función microbiana. "Imagina que vienes a Boston y alguien te da una guía telefónica de todos los que viven allí. Eso esgenial, ahora tienes una lista de quién está allí. Pero dime, ¿cuánto has aprendido sobre Boston como ciudad? "
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Materiales proporcionado por Instituto Forsyth . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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