Trillones de microbios y bacterias diminutos viven en su intestino, cada uno con su propio conjunto de genes. Estos microbios intestinales pueden tener efectos beneficiosos y dañinos en su salud, desde protegerlo contra la inflamación hasta causar infecciones potencialmente mortales.patógenos que aún fomentan el crecimiento de microbios beneficiosos, los científicos han estado tratando de encontrar formas de atacar genes microbianos específicos.
Katherine Pollard, PhD, es una de estas científicas. Su equipo en los Institutos Gladstone está interesado en comprender mejor cómo los microbios colonizan el intestino. Quieren identificar los genes que ayudan a los microbios a atravesar el duro entorno del estómago y sobrevivir en la parte inferior.tracto gastrointestinal.
"Hasta ahora, esto no ha sido una hazaña fácil", explica Pollard, investigador principal y director del Instituto Gladstone de Ciencia de Datos y Biotecnología. "La mayoría de los microbios en el intestino han evolucionado a partir de especies relacionadas, por lo que comparten muchos genes comunes. Es difícil distinguir los genes que realmente influyen en la capacidad de un microbio para sobrevivir en el entorno intestinal ".
Un nuevo estudio publicado en la revista científica Biología Computacional PLOS dirigido por Patrick Bradley, un erudito postdoctoral en el laboratorio de Pollard, encontró un nuevo enfoque para identificar los genes que pueden ser importantes para ayudar a los microbios a vivir con éxito en el intestino humano.
Un método antiguo revela nuevos conocimientos
Los microbios que colonizan el cuerpo humano pueden ser difíciles de estudiar utilizando métodos experimentales tradicionales, y no solo por su gran número. Dado que los científicos carecen de las herramientas para cultivar y estudiar muchas especies de microbios en el laboratorio, identificar sus genes es labor- y requiere mucho tiempo.
Los nuevos métodos computacionales y la secuenciación de ADN brindan una solución para determinar qué microbios suelen estar presentes en el intestino de una persona y qué genes están en los genomas de los microbios. Sin embargo, los investigadores de Gladstone demostraron que solo con mirar los genes compartidos por los microbios intestinales, sin tener en cuenta la ascendencia común de los microbios, puede conducir a muchos descubrimientos falsos.
Para evitar errores similares, encontraron un enfoque novedoso para abordar el problema. Bradley aplicó una técnica llamada modelado lineal filogenético, que se ha utilizado a menudo en ecología, pero rara vez en genómica.
"Con este método, usamos información de un árbol evolutivo que traza la relación histórica entre diferentes especies", explicó Bradley. "Fuimos los primeros en aplicar este método directamente a los datos metagenómicos, que provienen del material genético colectivo delos microbios presentes en el cuerpo humano ".
El equipo utilizó este enfoque para analizar datos públicos de cientos de personas en países industrializados. Como resultado, Bradley y Pollard encontraron miles de genes de diferentes especies que prevalecen en el intestino. También buscaron y encontrarongenes en microbios que en realidad son más prevalentes en el intestino que en otras partes del cuerpo, lo que sugiere que estos genes pueden ser específicos de este entorno. Los investigadores creen que los genes que identificaron pueden ayudar a los microbios a colonizar el intestino, por ejemplo, al permitir que los microbiospara sobrevivir en ambientes ácidos, como el estómago.
Además, los científicos utilizaron la misma técnica para comparar los microbios intestinales en la salud con la enfermedad. Encontraron genes asociados con bacterias que son más prevalentes en pacientes con enfermedad de Crohn que en pacientes sanos.
"En la enfermedad de Crohn, algunas bacterias con propiedades antiinflamatorias parecen estar agotadas", dijo Bradley. "Si podemos identificar genes que mejoran la colonización intestinal específicamente en personas con Crohn, en el futuro podríamos ayudar a tratar a los pacientesmediante la ingeniería de nuevas versiones de estas bacterias antiinflamatorias que sobrevivirían mejor en ese entorno ".
Un primer paso para mejorar la salud intestinal
El nuevo enfoque computacional desarrollado por Pollard y Bradley podría conducir al desarrollo de nuevas terapias para mantener o mejorar la salud intestinal.
"Si queremos apuntar a genes microbianos individuales, primero debemos comprender el papel que desempeñan en la colonización del intestino", dijo Pollard, quien también es profesor en UCSF e investigador de Chan Zuckerberg Biohub. "Esto podría generar oportunidades paradiseñar mejores probióticos o prevenir la invasión del intestino por patógenos dañinos como C. difficile. "
Este método aprovecha ideas de muchos campos, incluida la bioinformática, la ecología y la evolución microbiana, la bioquímica, la bioestadística y el estudio del microbioma humano. También se puede aplicar para identificar genes asociados con microbios en otros entornos además del intestino humano.
"Nuestro estudio muestra que mediante el uso de métodos que dan cuenta de la relación evolutiva entre microbios, podemos predecir genes que podrían ser importantes en un entorno particular con mucha mayor precisión de lo que permiten los modelos estándar", dijo Bradley. "Nuestra esperanza es que otroslos científicos se darán cuenta de que pueden obtener mucho más de los datos que ya tienen utilizando nuestro enfoque ".
Pollard y Bradley ahora están trabajando para desarrollar una herramienta web que permitirá a otros académicos, particularmente a los biólogos de laboratorio húmedo que pueden no tener la experiencia interna requerida, cargar sus propios datos y utilizar esta nueva técnica computacional para obtener información útilresultados.
Stephen Nayfach de la División de Genómica Ambiental y Biología de Sistemas del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley también participó en este estudio. La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias, la Fundación Gordon y Betty Moore y los Institutos Gladstone.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Institutos Gladstone . Original escrito por Julie Langelier. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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