Hay mucho interés en este momento en cómo diferentes microbiomas, como el que está compuesto por todas las bacterias en nuestros intestinos, podrían aprovecharse para mejorar la salud humana y curar enfermedades. Pero Daniel Segrè ha puesto su mirada en unaUna visión más ambiciosa de cómo se podría manipular el microbioma para bien: "Para ayudar a sostener nuestro planeta, no solo nuestra propia salud".
Segrè, director de la Iniciativa de Microbioma de la Universidad de Boston, dice que él y otros científicos en su campo de biología sintética y de sistemas están estudiando microbiomas: comunidades microscópicas de bacterias, hongos o una combinación de aquellos que ejercen influencia entre sí y sobre elQuieren saber cómo se pueden dirigir los microbiomas para llevar a cabo tareas importantes como absorber más carbono atmosférico, proteger los arrecifes de coral de la acidificación de los océanos, mejorar la fertilidad y el rendimiento de las tierras agrícolas y apoyar el crecimiento de los bosques y otras plantas a pesar de los cambios.condiciones ambientales.
"Los microbios nos afectan como seres humanos a través de sus propios procesos metabólicos, afectan a nuestro planeta a través de lo que consumen y secretan, ayudan a crear el oxígeno que respiramos", dice Segrè, profesor de biología y bioinformática de la Facultad de Artes y Ciencias de la BU,y profesor de ingeniería biomédica de la Facultad de Ingeniería. "Hace mucho tiempo, los microbios eran los que hicieron posible la vida multicelular".
Pero, a diferencia de muchos otros biólogos sintéticos que están trabajando para mejorar o diseñar microbios genéticamente directamente, Segrè está más interesado en cómo dirigir el comportamiento de un microbioma modificando las condiciones ambientales en las que vive, un enfoque que, según él, podría ser mejordescrita como "ecología sintética".
"El enfoque de biología sintética más tradicional sería manipular los genomas de los microbios", dice Segrè. "Pero estamos tratando de manipular ecosistemas microbianos utilizando moléculas ambientales".
"Sabemos que las interacciones microbianas con el medio ambiente son importantes", dice Alan Pacheco, quien obtuvo su doctorado en bioinformática trabajando en el laboratorio de Segrè. Algunas de esas interacciones benefician a varias especies microbianas, algunas solo benefician a una especie en una comunidad, y algunaspuede ser dañino para ciertas especies, dice. "Pero todavía hay mucho que no sabemos sobre por qué estas interacciones ocurren de la manera en que lo hacen".
en un nuevo estudio publicado recientemente en Comunicaciones de la naturaleza, Segrè, Pacheco y su colaboradora Melisa Osborne, investigadora científica del laboratorio de Segrè, exploraron cómo la presencia de 32 moléculas ambientales o nutrientes diferentes, solos o en combinación con otros, influiría en la tasa de crecimiento de las comunidades microbianas y la mezcla dediversas especies que componen un microbioma determinado.
"En el fondo de nuestras mentes teníamos esta idea de la dieta, enmarcada por estudios que han analizado las diferencias en el microbioma intestinal según las dietas occidentales frente a las de los cazadores-recolectores", dice Pacheco, quien ahora es becario postdoctoral en ETH ZürichLas dietas de cazadores-recolectores, oportunistas y que comprenden una amplia gama de fuentes de alimentos de origen vegetal, se consideran mucho más diversas que la dieta occidental, razón por la cual se cree que la dieta de cazadores-recolectores cultiva un intestino más saludable.
Pero los resultados experimentales sorprendieron al equipo. Esperaban ver un aumento en el crecimiento y la diversidad de microbiomas a medida que los "insectos" tuvieran más acceso a una variedad de alimentos: una variedad de carbonos, incluidos azúcares, aminoácidos y polímeros complejos.- pero eso no es lo que revelaron sus experimentos cuidadosamente controlados. En cambio, observaron que la competencia por alimentos entre diferentes especies de microbios obstaculizaba la diversificación dentro de la comunidad microbiana.
"Nuestros resultados demuestran que la complejidad ambiental por sí sola no es suficiente para mantener la diversidad de la comunidad y brindan una guía práctica para diseñar y controlar ecosistemas microbianos", escriben los autores.
Entonces, ¿cuáles son los mecanismos que controlan la diversidad de un microbioma? "Va a tomar algún tiempo descubrir la causa de todas estas interacciones", dice Segrè.
Aunque aumentar la variedad de fuentes de alimentos no aumentó la variedad de especies microbianas dentro de sus experimentos, más alimentos impulsaron un mayor crecimiento microbiano ". Encontramos que el rendimiento depende de la cantidad total de fuentes de carbono, pero no de la variedad de esasfuentes ", dice Segrè." Es como la gente en un picnic: si suficientes personas vienen a un picnic, sin importar la distribución de diferentes alimentos, eventualmente todo se consumirá. En muchos de nuestros experimentos, las comunidades microbianas se agotaronhasta el último pedacito de fuente de carbono en la mayor medida posible ".
Pacheco agrega que si alguien puede consumir algo, alguien más puede competir con él por ello. "Nuestros experimentos demostraron que el modulador crucial en la diversidad microbiana es cuánto estos diferentes organismos compiten entre sí por los recursos", dice.organismos compiten, menos diversa será esa comunidad ".
El equipo planea hacer más investigaciones sobre factores ambientales adicionales, investigando cómo el acceso a los nutrientes y la variedad cambian las comunidades microbianas con el tiempo, y cómo el medio en el que vive la comunidad microbiana afecta su consumo y secreción de moléculas. También están explorando cómo el metabolismoLos procesos entre diferentes especies microbianas podrían interactuar e interactuar entre sí, y cómo la capacidad de algunos organismos para consumir múltiples recursos de forma secuencial o simultánea afecta al microbioma en general.
Desbloquear aún más y eventualmente aprovechar todos estos "diales y perillas" ambientales podría abrir las puertas al uso de microbiomas para influir en el metabolismo humano y los estados de salud o enfermedad en las personas y en los ecosistemas naturales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Boston . Original escrito por Kat J. McAlpine. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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