Un estudio muestra cómo se podrían aprovechar los diferentes microbiomas para mejorar la salud humana

En la actualidad existe un gran interés por saber cómo se podrían aprovechar los diferentes microbiomas -como el formado por todas las bacterias de nuestros intestinos- para mejorar la salud humana y curar enfermedades.

Pero Daniel Segrè ha puesto su mirada en una visión mucho más ambiciosa de cómo se podría manipular el microbioma para bien: "Para ayudar a sostener nuestro planeta, no sólo nuestra propia salud".

Segrè, director de la Iniciativa del Microbioma de la Universidad de Boston, dice que él y otros científicos de su campo de la biología sintética y de sistemas están estudiando los microbiomas, es decir, las comunidades microscópicas de bacterias, hongos o una combinación de ellos que ejercen influencia entre sí y sobre el entorno.

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Quieren saber cómo podrían dirigirse 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 las cambiantes condiciones ambientales.

"Los microbios nos afectan como humanos a través de sus propios procesos metabólicos, afectan a nuestro planeta a través de lo que consumen y segregan, ayudan a crear el oxígeno que respiramos", Daniel Segrè, profesor de biología y bioinformática del College of Arts & Sciences de la BU, y profesor de ingeniería biomédica del College of Engineering. "Hace mucho tiempo los microbios son los que hicieron posible la vida multicelular".

Pero, a diferencia de muchos otros biólogos sintéticos que trabajan para mejorar o manipular genéticamente los microbios directamente, Segrè está más interesado en cómo dirigir el comportamiento de un microbioma ajustando las condiciones ambientales en las que vive, un enfoque que, según él, podría describirse mejor como "ecología sintética".

El enfoque más tradicional de la biología sintética sería manipular los genomas de los microbios. Pero nosotros intentamos manipular los ecosistemas microbianos utilizando moléculas ambientales".

Daniel Segrè, Profesor de Biología y Bioinformática, Facultad de Artes y Ciencias de la BU

"Sabemos que las interacciones microbianas con el medio ambiente son importantes", afirma Alan Pacheco, que se doctoró en bioinformática trabajando en el laboratorio de Segrè. Algunas de esas interacciones benefician a varias especies microbianas, otras sólo benefician a una especie de una comunidad y otras pueden ser perjudiciales para determinadas especies, afirma.

"Pero todavía hay mucho que no sabemos sobre por qué estas interacciones ocurren de la manera que lo hacen".

En un nuevo estudio publicado recientemente en Nature Communications, Segrè, Pacheco y su colaboradora Melisa Osborne, investigadora del laboratorio de Segrè, exploraron cómo la presencia de 32 moléculas o nutrientes ambientales diferentes, solos o en combinación con otros, influiría en la tasa de crecimiento de las comunidades microbianas y en la mezcla de especies diversas que componen un determinado microbioma.

"En el fondo teníamos esta idea de la dieta, enmarcada por los estudios que han analizado las diferencias en el microbioma intestinal en función de las dietas occidentales frente a las de los cazadores-recolectores", dice Pacheco, que ahora es becario postdoctoral en la ETH Zürich.

Las dietas de los 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, por lo que se cree que la dieta de los cazadores-recolectores cultiva un intestino más sano.

Pero los resultados experimentales sorprendieron al equipo. Esperaban que el crecimiento y la diversidad de los microbiomas aumentaran a medida que los "bichos" tuvieran más acceso a una variedad de alimentos -una gama de carbonos, incluyendo azúcares, aminoácidos y polímeros complejos-, pero eso no es lo que revelaron sus experimentos cuidadosamente controlados.

En cambio, observaron que la competencia por el alimento entre las distintas especies de microbios dificultaba 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 proporcionan una guía práctica para diseñar y controlar los ecosistemas microbianos", escriben los autores.

Entonces, ¿cuáles son los mecanismos que controlan la diversidad de un microbioma? "Va a llevar algún tiempo averiguar la causa de todas estas interacciones", afirma Segrè.

Aunque el aumento de la variedad de fuentes de alimentos no incrementó la variedad de especies microbianas en sus experimentos, más alimentos sí impulsaron un mayor crecimiento microbiano: "Descubrimos que el rendimiento depende del número total de fuentes de carbono, pero no de la variedad de esas fuentes", afirma Segrè.

"Es como la gente en un picnic: si vienen suficientes personas a un picnic, no importa la distribución de los diferentes alimentos, al final todo se consumirá. En muchos de nuestros experimentos, las comunidades microbianas agotaron hasta el último trozo de fuente de carbono."

Pacheco añade que si alguien puede consumir algo, otro puede competir por ello. "Nuestros experimentos mostraron que el modulador crucial en la diversidad microbiana es cuánto compiten estos diferentes organismos entre sí por los recursos", dice. "Cuantos más organismos compitan, menos diversa será esa comunidad".

El equipo tiene previsto realizar más investigaciones sobre otros factores ambientales, investigando cómo el acceso a los nutrientes y la variedad cambian las comunidades microbianas a lo largo del tiempo, y cómo el medio en el que vive la comunidad microbiana afecta a su consumo y secreción de moléculas.

También están explorando cómo los procesos metabólicos entre las diferentes especies microbianas podrían interactuar e interrelacionarse entre sí, y cómo la capacidad de algunos organismos de consumir secuencial o simultáneamente múltiples recursos afecta al microbioma en general.

Desbloquear y eventualmente aprovechar todos estos "diales y mandos" ambientales podría abrir las puertas a la utilización de los microbiomas para influir en los metabolismos humanos y en los estados de salud o enfermedad en las personas y en los ecosistemas naturales.