El tracto digestivo humano es el hogar de miles de cepas diferentes de bacterias. Muchas de estas son beneficiosas, mientras que otras contribuyen a problemas de salud como la enfermedad inflamatoria intestinal. Los investigadores del MIT y el Broad Institute ahora han aislado y conservado muestras de casi 8,000de estas cepas, al mismo tiempo que aclara su contexto genético y metabólico.
Este conjunto de datos BIO-ML, que está disponible para otros investigadores que quieran usarlo, debería ayudar a arrojar luz sobre la dinámica de las poblaciones microbianas en el intestino humano y puede ayudar a los científicos a desarrollar nuevos tratamientos para una variedad de enfermedades, dice Eric Alm, director del Centro de Informática y Terapéutica del Microbioma del MIT y profesor de ingeniería biológica y de ingeniería civil y ambiental en el MIT.
"Hay mucha emoción en el campo del microbioma porque hay asociaciones entre estas bacterias y la salud y la enfermedad. Pero nos falta poder entender por qué es eso, cuál es el mecanismo y cuáles son las funciones de esas bacteriasque están causando que se asocien con enfermedades ", dice Alm, quien es el autor principal del estudio.
Los investigadores recolectaron muestras de heces de aproximadamente 90 personas, durante un máximo de dos años, lo que les permitió comprender cómo cambian las poblaciones microbianas con el tiempo dentro de los individuos. Este estudio se centró en las personas que viven en el área de Boston, pero el equipo de investigación ahora estáreunir una mayor diversidad de muestras de todo el mundo, con la esperanza de preservar las cepas microbianas que no se encuentran en las personas que viven en sociedades industrializadas.
"Más que nunca antes, las técnicas modernas nos permiten aislar bacterias intestinales humanas previamente no cultivadas. Explorar esta diversidad genética y funcional es fascinante: en todas partes que miramos, descubrimos cosas nuevas. Estoy convencido de que enriquecen los biobancos con una gran diversidadde las cepas de individuos que viven diversos estilos de vida es esencial para futuros avances en la investigación de microbiomas humanos ", dice Mathilde Poyet, un postdoctorado senior en el MIT y uno de los autores principales del estudio.
El investigador asociado del MIT Mathieu Groussin y el ex postdoc Sean Gibbons también son autores principales del estudio, que aparece en la edición del 2 de septiembre de medicina natural . Ramnik Xavier, profesor de medicina en la Escuela de Medicina de Harvard y miembro del Broad Institute, es autor principal del estudio junto con Alm.
dinámica de microbioma
Los humanos tienen billones de células bacterianas en su tracto digestivo, y aunque los científicos creen que estas poblaciones cambian y evolucionan con el tiempo, ha habido pocas oportunidades de observar esto. A través de la organización OpenBiome, que recolecta muestras de heces para fines de investigación y terapéuticos,Alm y sus colegas del MIT y el Broad Institute tuvieron acceso a muestras fecales de aproximadamente 90 personas.
Para la mayoría de sus análisis, los investigadores se centraron en los microbios encontrados en aproximadamente una docena de individuos que habían proporcionado muestras durante un período prolongado, hasta dos años.
"Esa fue una oportunidad única, y pensamos que sería un gran conjunto de individuos para realmente tratar de excavar y caracterizar las poblaciones microbianas más a fondo", dice Alm. "Hasta la fecha no ha habido una tonelada de longitud longitudinal".estudios, y queríamos hacer de eso un enfoque clave de nuestro estudio, para poder entender cuál es la variación del día a día ".
Los investigadores pudieron aislar un total de 7,758 cepas de los seis principales filamentos de bacterias que dominan el tracto gastrointestinal humano. Para 3,632 de estas cepas, los investigadores secuenciaron sus genomas completos, y también secuenciaron genomas parciales de las cepas restantes.
El análisis de cómo las poblaciones microbianas cambiaron con el tiempo dentro de huéspedes individuales permitió a los investigadores descubrir algunas interacciones novedosas entre cepas. En un caso, los investigadores encontraron tres cepas relacionadas de Bacteroides vulgatus que coexistían dentro de un huésped, todas las cuales parecían haber divergido de unacepa ancestral dentro del huésped. En otro caso, una cepa de Turicibacter sanguinis reemplazó completamente una cepa relacionada de la misma especie casi de la noche a la mañana.
"Esta es la primera vez que vislumbramos estas dinámicas realmente diferentes", dice Alm.
variación de la población
Los investigadores también midieron las cantidades de muchos metabolitos encontrados en las muestras de heces. Este análisis reveló que las variaciones en los niveles de aminoácidos estaban estrechamente relacionadas con los cambios en las poblaciones microbianas a lo largo del tiempo dentro de una sola persona. Sin embargo, las diferencias entre la composición de las poblaciones microbianasen diferentes personas se asociaron más estrechamente con niveles variables de ácidos biliares, que ayudan con la digestión.
Los investigadores no saben exactamente qué produce estas diferencias en los niveles de aminoácidos y de ácidos biliares, pero dicen que podrían estar influenciados por la dieta, una conexión que esperan investigar en futuros estudios. También han hecho todos sus datosdisponible en línea y ofrece muestras de las cepas de bacterias que aislaron, lo que permite a otros científicos estudiar las funciones de estas cepas y sus posibles funciones en la salud humana.
"Las colecciones completas y de alta resolución de aislamientos bacterianos abren la posibilidad de investigar mecánicamente cómo nuestro estilo de vida da forma a nuestro microbioma intestinal, metabolismo e inflamación. Nuestro objetivo es proporcionar ese recurso a la comunidad de investigación en todo el mundo, incluida la investigación de bajos ingresosinstituciones ", dice Groussin.
Los investigadores también han comenzado un proyecto a mayor escala para recolectar muestras de microbiomas de una mayor diversidad de poblaciones en todo el mundo. Se están centrando especialmente en poblaciones subrepresentadas que viven en sociedades no industrializadas, ya que se espera que su dieta y microbiomas sean muy diferentesde los de las personas que viven en sociedades industrializadas.
"Puede ser que a medida que las poblaciones que han estado viviendo estilos de vida tradicionales comienzan a cambiar a un estilo de vida más industrializado, pueden perder gran parte de esa biodiversidad. Entonces, una de las cosas principales que queremos hacer es conservarla, y luegopodemos regresar y caracterizarlo también ", dice Alm.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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