Los antibióticos pueden facilitar el trabajo de las infecciones. Pero, ¿cómo afectan los complejos ecosistemas de bacterias amigables que forman nuestro microbioma?
"Cuando un médico le receta antibióticos, establece un experimento multifacético en su sistema gastrointestinal", explica Will Ludington de Carnegie "¿Qué nos puede enseñar esto sobre los principios moleculares de las interacciones entre especies en la naturaleza?"
Nuevo trabajo dirigido por Ludington y KC Huang de la Universidad de Stanford se propuso responder a esta pregunta desafiante y descubrió una nueva forma de tolerancia a los antibióticos. Sus hallazgos, que tienen importantes implicaciones para la salud, son publicados por eLife .
Este es uno de los varios frentes de investigación en los que Ludington utiliza el microbioma de la mosca de la fruta para comprender las interacciones entre especies en una comunidad bacteriana. Presenta un entorno ideal para explorar tanto las poblaciones bacterianas naturales como el microbioma humano.
El microbioma humano es un ecosistema de cientos a miles de especies microbianas que viven dentro de nuestros intestinos. Afecta nuestra salud e incluso nuestra longevidad. Pero es difícil dilucidar las innumerables formas en que las diferentes especies que componen nuestro microbioma interactúan e influyen en cada unaotro, incluso en condiciones normales. Una vez que se introducen los antibióticos, se entiende poco acerca de cómo estas comunidades vitales se ven afectadas a nivel bioquímico.
Esta es la razón por la cual la mosca de la fruta es un modelo tan excelente. A diferencia del microbioma humano, consiste solo en un puñado de especies bacterianas.
"Realmente queríamos entender cómo la focalización de un antibiótico en procesos fisiológicos específicos impacta las interacciones metabólicas y el intercambio de recursos que ocurre entre especies bacterianas dentro de una comunidad", dijo el autor principal, Andrés Aranda-Díaz, de Stanford. "Esto es especialmente importante porqueen la naturaleza, las bacterias viven en comunidades diversas "
La simplicidad del microbioma de la mosca de la fruta lo convierte en el vehículo perfecto para revelar cómo esta interacción bioquímica de múltiples especies se altera con la introducción de antibióticos.
"Encontramos que las interacciones entre especies en el ecosistema del microbioma intestinal influyen en la efectividad de los antibióticos para matar una especie individual dentro de esta comunidad, así como en el metabolismo de toda la comunidad", dijo Huang.
Los investigadores demostraron que cuando un tipo de bacteria del microbioma de la mosca de la fruta, llamada Lactobacillus, que también se encuentra en el yogur, se cultiva junto con una bacteria de la mosca productora de vinagre llamada Acetobacter, es menos susceptible a la muerte por los antibióticos..
Esta es una categoría recién descubierta de un fenómeno llamado tolerancia a los antibióticos, lo que significa que las células mueren mucho más lentamente cuando se encuentran juntas de lo que lo harían por sí solas. La tolerancia puede ser peligrosa, porque este retraso aumenta el riesgo de resistencia total al antibióticopodría evolucionar.
"Normalmente, la tolerancia ocurre cuando una célula desacelera su metabolismo en respuesta a la exposición a antibióticos", explicó Ludington. "Pero en este caso, la tolerancia se asocia realmente con un aumento del metabolismo".
Resulta que los Acetobacters consumen el ácido láctico que es excretado como producto de desecho por el vecino Lactobacillus, proporcionando una ventaja de aptitud física para ambas especies y desencadenando la tolerancia que descubrió el equipo.
"Todavía no sabemos exactamente cómo sucede, pero creemos que las dos especies bacterianas 'saben' cuando el otro tipo de célula está allí y responden adecuadamente", dijo Benjamin Obadia de UC Berkeley. "Estos mecanismos son probablementeevolucionó de vivir juntos, y no los habríamos visto si hubiéramos estudiado las dos especies de forma aislada "
El trabajo del equipo muestra que el microbioma puede ser una herramienta importante para comprender las relaciones dentro de las comunidades de bacterias en el mundo natural a nivel bioquímico.
"También ilustra que la salud del microbioma intestinal debe considerarse cuando se prescriben antibióticos", agregó Ludington.
Estudiar los principios que rigen las interacciones entre especies es clave para comprender tanto sobre los ecosistemas grandes y pequeños y el microbioma es una herramienta crítica para explorar estas preguntas.
Otra colaboración publicada recientemente entre Ludington, Huang y un investigador diferente de Stanford, la bióloga Lucy O'Brien, desarrolló una nueva tecnología para visualizar las tripas de las moscas de la fruta. Llamada Bellymount, les permitió observar células bacterianas individuales en elintestino de una mosca de la fruta viva por primera vez.
"Al observar el microbioma en tiempo real, pudimos medir su dinámica", dijo Ludington sobre su artículo, que apareció en PLOS Biology.
El equipo de investigación descubrió que regiones específicas del intestino tienen una alta estabilidad del microbioma y otras tienen una renovación continua. Esto indica que hay estructuras en el intestino de la mosca de la fruta que mantienen la colonización y abre la puerta a la posibilidad de que las moscas de la fruta hayan evolucionado.estructuras para mantener sus microbiomas.
"Ahora tenemos el poder de espiar las 'conversaciones' que ocurren entre las bacterias del microbioma y las células intestinales en su entorno", dijo Huang
Este trabajo fue apoyado por el NIH, el NSF de EE. UU., El Centro Allen para el modelado de sistemas de infección, Chan Zuckerberg, el Instituto médico Howard Hughes y la Bio-X de la Universidad de Stanford.
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Materiales proporcionado por Institución Carnegie para la Ciencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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