Por algo que ha evolucionado con nosotros durante millones de años, y sigue siendo parte de nuestra fisiología a lo largo de toda nuestra vida, nuestro microbioma intestinal, extrañamente, sigue siendo un misterio. Compuesto por billones de microbios de al menos mil especies diferentes,Esta comunidad de bacterias, virus, protozoos y hongos en nuestros tractos gastrointestinales es única para cada individuo y se ha encontrado que está íntimamente relacionada con varios aspectos fundamentales de nuestro estado físico, desde nuestra inmunidad hasta nuestro metabolismo y salud mental.
Para los investigadores Eric Jones, Zipeng Wang y Joshua Mueller de UC Santa Barbara, el microbioma intestinal es una máquina notable, llena de interacciones y competencias que impactan directamente nuestro bienestar. Afirmar esta máquina en una dirección favorable, dicen, podría mejorar nuestra resistenciaa la enfermedad.
"¿Las terapias médicas pueden mejorar la salud del huésped al modificar la composición del microbioma? Todavía no lo sabemos realmente, por lo que es un gran campo de investigación", dijo Jones. "Esta pregunta es un gran motivador".
En nuestra vida diaria, muchos de nosotros esperamos mejorar nuestro microbioma intestinal tomando probióticos y comiendo alimentos fermentados. En situaciones clínicas, se ha demostrado que los trasplantes fecales tratan con éxito las infecciones recurrentes de la bacteria intestinal Clostridium difficile, que a menudo recurre después de los antibióticos.utilizados para tratar infecciones eliminan también las bacterias intestinales "útiles".
Pero fuera de las medidas radicales y heroicas para agregar poblaciones de bacterias buenas al tracto gastrointestinal, no se sabe mucho sobre cómo orientar sutilmente el sistema en una dirección saludable.
"Se trata de algo más que simplemente colocar los microbios correctos", dijo Jones. "Debe comprender el entorno en el que se encuentran los microbios y debe comprender qué facilita una composición estable de microbioma intestinal".
Para abordar este problema, los investigadores, bajo la guía del profesor de física de UC Santa Barbara Jean Carlson, proponen una técnica para conducir un modelo matemático de microbioma intestinal hacia una composición de microbioma objetivo mediante la manipulación de ciertos parámetros del modelo. Llamado SPARC SSR-cambio guiado de parámetros, este enfoque reduce la complejidad del sistema sin sacrificarlo y, según un estudio publicado en la revista Revisión física E , también "ofrece una comprensión sistemática de cómo los factores ambientales y las interacciones entre especies se pueden manipular para controlar los resultados ecológicos"
vieja ecuación, nuevo uso
"Entonces, básicamente, el objetivo es encontrar un cambio de parámetro que corresponda a un cambio en el entorno del microbioma", dijo el autor principal Zipeng Wang. Ayuda a visualizar el microbioma intestinal como una bola encaramada en la cima de una colina, en equilibriorodar hacia abajo en una dirección u otra. En esta idealización, el entorno intestinal dicta la forma de la colina. Una composición de microbioma saludable se encuentra en la base de un lado de la colina, y una composición asociada a la enfermedad en el otro. Mientras fecallos trasplantes empujan directamente la pelota hacia el lado sano de la colina, según los investigadores, SPARC controla la forma de la colina, haciendo rodar la pelota de manera efectiva hacia un lado u otro.
Para describir este ecosistema intestinal los datos se obtuvieron de experimentos con modelos de ratones en el Memorial Sloan-Kettering Center en Nueva York, los investigadores utilizaron las ecuaciones generalizadas de Lotka-Volterra gLV. Conocidas también como ecuaciones depredador-presa, las ecuaciones gLVprovienen de un método centenario utilizado en la ecología tradicional para describir las interacciones entre especies en la Tierra, como la competencia y la depredación, así como los efectos de las interacciones indirectas.
"Pero, una de las dificultades es que el microbioma intestinal tiene todas estas especies bacterianas diferentes", dijo Wang, "por lo que las ecuaciones de Lotka-Volterra se vuelven muy dimensionales, lo que significa que hay muchos parámetros ymuchas formas diferentes para que las bacterias interactúen entre sí. Sería muy difícil para nosotros encontrar los parámetros correctos para lograr la composición de microbioma deseada ".
Para evitar la prueba y error de manipular un número difícil de manejar de diferentes parámetros, el equipo optó por examinar una representación 2D comprimida pero confiable del modelo ecológico generado por la técnica de reducción de dimensionalidad llamada "reducción de estado estable" SSRSegún los investigadores, esto les permitió alejarse e identificar los parámetros clave que controlan la forma de la colina.
"Lo que nos gusta de nuestro modelo es que nos brinda una estrategia sistemática para identificar estas características de baja dimensión que son realmente sensibles, que son las más importantes", explicó Jones. "Estaba realmente sorprendido y contento de que pudiéramos,por ejemplo, encuentre un solo parámetro y cámbielo en un 10% de su valor y eso cambiaría la forma de la colina ".
¿Cuál es ese parámetro? Bueno, dada la diversidad de microbiomas intestinales, dietas, condiciones concurrentes e influencias ambientales, no hay necesariamente un cambio universal de parámetros, digamos, acidez o contenido de fibra que se ajuste a todos.El método SPARC, dicen los investigadores, guía el pensamiento sobre cómo identificar los parámetros significativos basados en datos.
Además, SPARC actualmente es principalmente un ejercicio matemático, aunque los investigadores están ansiosos por probarlo en un entorno experimental.
"Hay personas trabajando en lo que llaman sistemas de intestino en chip, que son como platos en miniatura de Petri que replican algunas de las condiciones del microbioma intestinal humano", dijo Joshua Mueller. "Sería realmenteemocionante validar SPARC en estas circunstancias experimentales estrechamente controladas "
Jones dijo que en un futuro bastante más lejano, este método también podría ayudar a allanar el camino para el manejo personalizado de microbiomas, en el que las lecturas en tiempo real del estado de nuestros microbiomas, por ejemplo, desde un inodoro inteligente podrían decirnospara cambiar nuestros hábitos alimenticios para evitar enfermedades y mejorar nuestro bienestar general.
"Para llegar a ese punto, necesitamos modelos mecanicistas del microbioma", dijo. "Necesitamos entender cómo controlarlo. Necesitamos entender cómo las retroalimentaciones ambientales juegan en la dinámica microbiana".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Sonia Fernández. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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