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Somos un 90% procariota

20 enero, 2010

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Tome los 10.000 billones de microorganismos que viven en el intestino, las cuales ya sobrepasan en el número de células humanas por 10 a 1. Todas ellas, son portadoras de millones de genes, comparados con los 20.000 estimados que existen en el genoma humano. Debido a esto, algunos biólogos tienden a considerar al ser humano como un “superorganismo”, una comunidad que es algo más que la suma de cada una de las partes.

Al final del año pasado, el Instituto Nacional de la Salud (NIH) de EEUU financió con 115 millones de $US un proyecto para identificar y caracterizar el “microbioma” humano, nombre que se le da al conjunto de microorganismos que viven en el cuerpo humano. A la vez, la UE y varios institutos de investigación aportaron 20 millones de euros con un objetivo similar. Menores cantidades han sido aportadas por entidades de China, Canadá, Japón, Singapur y Australia.

El proyecto de 5 años del NIH gastará el dinero en identificar qué microorganismos se encuentran en nuestro cuerpo y en secuenciar sus genomas. Por el contrario, la UE dedicará 4 años para estudiar los microorganismos del intestino, y como éstos intervienen en procesos tales como la obesidad y la inflamación intestinal.

Los microorganismos que se encuentran en la superficie y en el interior de las personas siempre han provocado fascinación a los humanos. Estudios realizados el siglo pasado mostraron que, ratones que habían sido esterilizados y crecidos en ambientes estériles poseían un sistema inmune debilitado, sistemas digestivos ineficientes y órganos internos anormalmente pequeños. Ellos mostraron que los microorganismos son una parte esencial en la biología humana. La gran dificultad estriba en conocer qué microorganismos son los que residen en nuestro cuerpo, y cómo interactúan entre sí. Eso es así en parte porque hay demasiados, y en parte porque la inmensa mayoría de ellos no crecen en medios sintéticos diseñados en el laboratorio.

Las cosas han cambiado mucho en los últimos 5 años. Unos pocos millones de genes ya no suenan como algo inabarcable en manos de los avanzados sistemas de secuenciación. De hecho ya se pueden procesar unos cuantos cientos de millones de pares de bases en sólo unas horas. Por tanto, se puede soslayar la necesidad de crecer las bacterias y se puede explorar el contenido génico del microbioma por análisis masivo de los genes, en lugar de estudiar los microorganismos.

En el año 2006 el grupo de Steven Gill del Instituto de Genómica de Rockville, Maryland, realizó un estudio metagenómico del intestino de dos voluntarios. Después de 2.062 reacciones de PCR, y la secuenciación de 78 millones de pares de bases, los investigadores sólo disponían de un pequeño boceto de la genética de los microorganismos del intestino. Aún y así, pudieron comprobar una abundancia de genes implicados en la producción de aminoácidos y otros aspectos del metabolismo humano.

Estudios como los de Gill y otros investigadores han mostrado que el estilo de vida y la distribución geográfica afectan a qué bacterias están presentes en el cuerpo humano. Es por ello que investigadores como Jeremy Nicholson del Imperial Collage de Londres afirmen que “algo que obsesiona a los microbiológos es el tamaño del “core” (conjunto de genes comunes que codifican para las funciones esenciales del microorganismo) del microbioma”.

El proyecto microbioma se iniciará con la toma de muestras de las heces, de la vagina, boca, nariz y piel de 250 voluntarios. Se secuenciará el DNA, analizando en primer lugar los genes de la subunidad 16S ribosomas, que serán usados para identificar (por análisis filogenético) los microorganismos presentes en cada persona, y cuántos son comunes entre los distintos voluntarios. Con esos datos en las manos, se pretende profundizar hasta revelar qué genes están presentes en esos microorganismos.

Algunos críticos con estos proyectos han argumentado que en realidad el “core” (fracción común) de los genomas puede ser muy pequeño. Incluso en personas con 1.000 tipos de bacterias viviendo en sus intestinos, solamente 10 de ellas serán comunes. Y los aspectos comunes no residirán en los genes, sino en las bacterias que poseen el mismo papel fisiológico y metabólico. Además, los críticos apuntan a que el Proyecto Microbioma Humano dirá muy poco acerca de la función de los microorganismos, al menos durante las primeras etapas del proyecto; aunque es posible que al final se obtenga alguna información funcional.

El proyecto europeo se concentrará casi exclusivamente en el papel de los microorganismos del intestino en procesos tales como la obesidad o las infecciones intestinales. Este proyecto se centra en las diferencias en genes y proteínas, sin importar las especies microbianas de la que proceden. Como explica Francisco Guarner del Hospital Vall D´Hebron de Barcelona, “lo que queremos saber es si hay enzimas que produzcan carbohidratos, enzimas que produzcan gas o enzimas que degraden proteínas, así como analizar si existen asociaciones entre genes bacterianos y fenotipos humanos”.

Jeffrey Gordon microbiólogo de la Universidad de Medicina Washington en St. Louis, es uno de los pioneros en el estudio de microbiomas. Él ya demostró hace un par de años que las personas obesas poseen un contenido de microorganismos completamente diferente en su intestino al de una persona delgada. Cuando algunos voluntarios estuvieron un año a dieta y perdieron hasta un cuarto de su peso, el contenido bacteriano de sus intestinos varió hasta ser similar al de las personas delgadas. La teoría, basada en estudios realizados en ratones, es que parte de la tendencia a ganar peso puede proceder de microorganismos intestinales que liberan más calorías de la comida que las bacterias que encontramos en personas delgadas. Los científicos esperan encontrar alguna pista acerca de cómo pasa esto comparando el microbioma del intestino de personas obesas y delgadas, y los resultados pueden ayudar a determinar si los prebióticos u otros suplementos pueden ser usados para variar el microbioma.

Referencia:

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  1. Borja
    20 enero, 2010 de 13:58

    En un interesantísimo artículo que estuve traduciendo sobre materia orgánica en suspensión y alimentación de corales, (Ken S. Feldman, Kelly M. Maers, “Total Organic Carbon (TOC) and the Reef Aquarium: an Initial Survey”, Advanced Aquarist’s Online Magazine, http://www.advancedaquarist.com/2008/8/aafeature3/) decían algo parecido sobre organismos mucho más simples como los corales.

    Me llamó mucho la atención el concepto de “holobionte” (http://www.thereeftank.com/blog/the-coral-holobiont/) considerando el ser vivo como un conjunto de seres, en este caso, el pólipo de coral más la comunidad de bacterias que coexisten con él, sin las cuales además no parece ser posible que el coral se mantenga en buen estado de salud.

    Digo yo que en nuestro caso pasa exactamente lo mismo. ¿O es posible vivir sin flora intestinal?

  2. 20 enero, 2010 de 14:04

    Hola Borja, sí el concepto de holobionte se está extendiendo, así como el de hologenoma (todos los genes que forman parte de un ser vivo que es la resultante del organismo más los microorganismos asociados). Así incluso se habla de la importancia del hologenoma en la evolución de las especies: http://oldearth.wordpress.com/2008/09/24/la-teoria-de-la-evolucion-del-hologenoma/ Esto estaría muy ligado a simbiosis, transferencia de genes y a mecanismos de evolución “no darwiniana”.

    Es complicado vivir sin flora intestinal. Se puede hacer, pero en condiciones determinadas, por espacio cortos de tiempo (por ejemplo los astronautas) y con necesidades nutricionales (sin ir más lejos las bacterias producen vitamina K -creo recordar- que deberíamos tomar en su ausencia). Desconozco si se ha hecho un estudio a largo plazo en animales sin flora intestinal. Es cuestión de bucear en el PubMed 😉

  3. 20 enero, 2010 de 14:20

    Un asunto muy interesante, ese de si somos nuestras células, o en realidad sólo “somos” si incluimos otras que no son nuestras.
    Ya en su dia me hice eco de un estudio publicado en Science sobre la variabilidad bacteriana en el ser humano tanto en el tiempo como en el espacio.
    En relación a este post en concreto, seria muy interesante el saber, por ejemplo, en las bacterias intestinales, cuales son las secuencias causa-efecto (los gordos tienen determinadas bacterias que metabolizan mejor las grasas y por eso engordan, o los gordos tiene muchas grasas y por eso tienen esas bacterias, que se alimentan de grasas, en el estómago?), y si hay feed-backs como es corriente en muchos casos (tienes grasas, lo que potencia el crecimiento de estas bacterias, que te proporcinan más fácilemnte grasas, con lo que tienes más grasas, lo que hará con que tengas más bacterias de estas….).
    Y, después, conclusiones. Siguiendo el ejemplo, actuar directamente (antibiótico, por ejemplo) sobre estas bacterias, haría adelgazar? O sólo potenciaría el crecimiento de otras bacterias diferentes que también sintetizasen grasas? O si eliminamos estas bacterias dejamos de poder sintetizar convenientemente las grasas, con los problemas de salud que esto podría conllevar?
    Vaya, todo un mundo en gran parte por descubrir, nuestro relacionamiento con los procariotas de nuestro entorno (o que son parte integrante y necesaria de nosotros, ya veremos. Seguramente, según los casos).
    Manuel, me gustaria que me aclararas un punto: Ese 10.000 billones supongo que estará en terminología “sajona” y se referirá a 10.000.000.000.000 bacterias, o sea 10 billones en terminología “latina”, o estoy equivocado? Gracias.

  4. 20 enero, 2010 de 18:47

    Aureus, no recordaba la frase original, por lo acabo de mirarla. Dice: Take the 10 trillion or so microbial cells living in the gut, which exceed the number of human cells by 10 to 1..
    Sí, me equivoqué, ¡pero a la baja!.
    Saludos

  5. 24 enero, 2010 de 15:52

    ¡Por fín he tenido un momento para leerlo!
    Interesantísimo artículo, Manuel. Y muy buen artículo, Aureus 😀

    La verdad es que es muy sorprendente, no esperaba este nivel de diversidad y de interacciones entre los microbios y su hospedador, nosotros. Hasta ahora su presencia la veía sobre todo enfocada como competidores directos de ciertos patógenos oportunistas. 🙄

    Una pregunta, ¿se ha estimado la masa que supone tamaña cantidad de bacterias?

    Por otro lado, deben de tener una gran capacidad de recuperación tras una perturbación, digo yo, se deben de regenerar rápido tras un tratamiento de antibióticos. O eso, o deben tener capacidad de adquirir resistencia. Por otro lado, leí que precisamente estos organismos podían ser portadores de resistencias que mediante transferencia horizontal podían pasar a los patógenos, ¿cómo se ha avanzado en este campo? ¿tenéis idea? 😀

  6. 24 enero, 2010 de 17:53

    Gracias Cnidus. No sé si alguien lo ha estimado, pero te doy datos para que seas el primero en hacerlo 😀
    El peso medio de una bacteria como E. coli es de 10 elevado a la -13 gramos. El cuerpo humano tiene 100 mil millones de células aprox., y eso es sólo el 10% de las células que residen en nuestro cuerpo. Ergo la masa aproximada para un individuo de 70 kilos es…
    😉

    Los antibióticos matan gran cantidad de bacterias, de hecho en ocasiones hay que tomar reconstituyentes de la flora. Pero no todas mueren, y no sólo por tener genes de resistencia. La mayoría de las bacterias forman parte de biofilms, y en ellos son mucho más resistentes a tóxicos. Quedan unas pocas viven, que tras la terapia antibiótica regeneran.

    Lo último que comentas es interesante, pero la mayoría de resistencia vienen de los patógenos, no de los saprófitos. De todas formas hay proyectos metagenómicos de intestino y de cavidad bucal que están intentando contestar preguntas como esa. Porque transferencia de genes hay, sin duda.

  7. 2 febrero, 2010 de 6:21

    Manuel te felicito por el artículo y la verdad es más que interesante el tema de la transferencia de genes y los proyectos metagenómicos y la verdad es que serìa muy bueno sabe run poco más de ellos.

  8. Cronopio
    7 febrero, 2010 de 23:35

    Hola Manuel:
    10 e -13 (peso de una bacteria) x 100.000.000.000(células del cuerpo) x 10 (proporció entre bacterias/celulas = 1g de bacterias. Me parece escaso.

    http://www.google.es/search?hl=es&safe=off&q=100.000.000.000+x+10+x+10e-13+%3D&btnG=Buscar&meta=&aq=f&oq=
    Pero si consideramos el peso de la bacteria según:
    http://cpicanada.org/CCDB/cgi-bin/STAT_NEW.cgi
    10e-12 g. x bacteria (que parece más correcto para un objeto cilíndrico de 1 x 2 micras de densidad parecida al agua)
    y lo multiplicamos
    por 10.000 billones (del principio de tu artículo) = 10.000 gramos que me parece excesivo.
    Pero si lo multiplicamos por la referencia anglosajona (10 trillion = 10 billones??) = 10 gramos me sigue pareciendo escasa.
    Por otra parte el número de células del cuerpo humano oscilaría entre cien mil millones (misma cifra de neuronas del cerebro según wiki) y 100 billones depende de donde lo busques. Y no he encontrado ninguna fuente “fiable”. Por triste que parezca me he quedado con esto:
    http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2bch/B2_CELULA/t21_CELULA/informacion.htm
    70 billones (70 x 10 a la 12) de células x 10 ( o por 20 según algún otro autor) da entre 700 y 1400 gramos de bacterias (que considero una buena aproximación, porque cuadra con la idea preconcebida que tenía antes de hacer los cálculos)¬ ¬’

    Dejando aparte el inútil cálculo anterior, el artículo es muy interesante y el enfoque de que realmente somos un miniecosistema en el que hay varias comunidades que interactúan entre ellas es prometedor. Es evidente que asimilamos lo que nuestras enterobacterias “quieren”, que la salud de nuestra piel y mucosas depende de la interacción de poblaciones bacterianas y que incluso el correcto desarrollo de un bebé puede verse comprometido por la excesiva asepsia del nacimiento por cesárea.
    La asimilación del término “microbio” con el de enfermedad es un error cultural que debe ser reeducado. Las patogenias de muchos oportunistas se producen frecuentemente por destrucción “voluntaria” de nuestra flora bacteriana al no cono cerla ni tenerla en cuenta en nuestros hábitos diarios.

  9. EDVINO ALFREDO PAZ
    29 enero, 2011 de 20:50

    ESTE CONCEPTO DEL HOLOBIONTE,INSTALA UN NUEVO MODELO PARA PENSAR EL QUEHACER HUMANO…LAS NECESITAMOS A LAS BACTERIAS,SI COLONIZAMOS OTROS PLANETAS LAS VAMOS A NECESITAR…¿NOS VAN A AYUDAR MUCHO!!

  10. 30 enero, 2011 de 0:33

    Ok, Edvino, pero no grites 😉

  11. EdvinoAlfredoPaz
    18 septiembre, 2011 de 1:56

    HOLA AMIGO J.M.,GRACIAS POR EL LLAMADO A LA CORDURA…PENSABA ACERCA DE LAS BACTERIAS Y MICROBIOS VARIOS EXISTENTES..Y ESTABLECIENDO UNA ANALOGIA CON NOSOTROS LOS MACRO-BIOS…TENDRAN ESTOS SERES VIVIENTES TAN PEQUEÑOS OTROS SERES MAS PEQUEÑOS AUN…QUE SE ENCARGUEN DE CONSUMIR SUS CADAVERES Y DESECHOS?..(tal como lo hacen las bacterias con nosotros?)…SON LOS VIRUS LOS SERES QUE MILITAN EN ESA CATEGORIA?…UN ABRAZO

  12. Jorge Revelo
    28 julio, 2013 de 4:38

    Hola Alfredo, tu pregunta no dejará dormir porque ahora voy a investigar sobre que tipo de entidades serían las encargadas de degradar los cadaveres de las bacterias. Excelente pregunta.

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