DENTRO DEL

MICROBIOMA

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Las comunidades invisibles habitan en todos los rincones, grietas y nichos del mundo, desde nuestros propios cuerpos hasta el suelo bajo nuestros pies y las casas en las que vivimos. Estos son los microbiomas que ayudan silenciosamente a mantener un cuidadoso equilibrio en nuestros cuerpos y elmedio ambiente. Son comunidades de bacterias, hongos, virus, bacteriófagos y protozoos y cada uno se adapta bien a condiciones específicas. El microbioma en nuestra boca, por ejemplo, será muy diferente al de nuestro intestino.

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el término "microbioma" apareció por primera vez en la literatura científica en 1988 . Sin embargo, solo hace relativamente poco tiempo que comenzamos a obtener una comprensión más completa de qué son los microbiomas, cómo funcionan, su importancia y el impacto más amplio que tienen en la salud y la enfermedad. No es una coincidencia que este salto enEl conocimiento ha coincidido con las mejoras tecnológicas, especialmente en el interrogatorio del genoma.

¿Pero por qué es importante nuestro microbioma? En condiciones "normales", un equilibrio saludable de especies microbianas facilita funciones importantes, como la digestión y mantiene a raya a las especies patógenas, pero a cambio tenemos que cuidarlas. Dietas desequilibradas y uso excesivo de antimicrobianostanto dentro como fuera del cuerpo pueden contribuir al agotamiento de especies importantes, alterando el delicado equilibrio. Lo mismo ocurre con el suelo, la agricultura intensiva y el uso excesivo de productos químicos pueden afectar negativamente a los microbiomas del suelo y, en consecuencia, también a la salud de las plantas y los invertebrados. Análisis de las especies presentespuede ser un indicador útil de problemas de salud y sus composiciones únicas también pueden ser útiles para los científicos forenses.

Estudiando el microbioma

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antes de la "era genómica", los científicos confiaban en la microscopía, el cultivo celular y la electroforesis en gel de campo de pulso para estudiar microbios . Las tecnologías modernas de secuenciación de ADN ahora permiten una mirada más detallada al "mundo microbiano" a nivel genético, ayudándonos a comprender quién está ahí y qué lo están haciendo.

Aquí se adoptan dos enfoques clave: secuenciación del ARN ribosómico 16S ARNr y metagenómica de escopeta. El primero, un tipo de secuenciación de amplicones, es un enfoque más tradicional que utiliza una región del ARNr 16S gen que se encuentra en todas las bacterias y arqueas. Este gen comprende ocho regiones altamente conservadas y nueve regiones variables. Cuando se secuencia, polimorfismos en la región variable del gen se puede detectar , que permite a los investigadores identificar y clasificar diversos microbios en una muestra comparando los datos de secuenciación con una base de datos de cepas con identidad taxonómica conocida. Nos dice quién existe. Si bien se adopta comúnmente, este enfoque no está exento de limitaciones: la calidad de los datos almacenados en bases de datos públicas puede afectar negativamente los resultados del estudio y distinguir entre errores de secuenciación y variaciones genéticas naturales puede ser complicado.

El último enfoque, la metagenómica de la escopeta, agrega un nivel adicional de información y nos dice quién está allí y lo que están haciendo. Se extrae el ADN todos las células de una muestra y se cortan al azar en piezas más pequeñas que se secuencian de forma independiente, lo que limita el sesgo. Las regiones superpuestas de los fragmentos que se han secuenciado de forma independiente se utilizan para armar el rompecabezas y reconstruir tanto los genomas como los genomas parciales que están presentes.en la muestra. Los datos de metagenómica de escopeta son complejos de analizar, y hay tres enfoques comunes para cuantificar la diversidad: análisis de genes marcadores, agrupamiento y ensamblaje de secuencias en genomas distintos. Los datos obtenidos de la secuenciación metagenómica se basan en gran medida en las capacidades de las herramientas bioinformáticas disponibles para cada investigador y pueden llevar mucho tiempo.


El microbioma, la salud y la enfermedad

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las interacciones entre la microbiota y el huésped juegan un papel clave en varios procesos biológicos, como la nutrición y el metabolismo. Sin embargo, la naturaleza intrincada y entrelazada de la relación microbioma-huésped también conlleva riesgos en términos del desarrollo y progresión de enfermedades humanasAquí, analizamos más de cerca el papel del microbioma en la salud y la enfermedad, y destacamos su potencial como herramienta de diagnóstico y estrategia terapéutica.

El microbioma y el cáncer

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en la última década, ha habido un creciente interés en el microbioma y el cáncer; entre 2005 y 2015, el número de artículos publicados sobre el microbioma y el cáncer aumentó casi 2000% . Además de destacar el vínculo directo entre el cáncer y la microbiota de un huésped, estos estudios también han proporcionado evidencia de que los microbios pueden afectar el cáncer respuesta a la inmunoterapia.

Numerosos estudios han demostrado a desequilibrio patológico en el microbioma intestinal de pacientes diagnosticados con cáncer colorrectal. Mientras que varias bacterias se han relacionado con el cáncer colorrectal, por ejemplo, especies de; Fusobacterium , Peptostreptococcus , Porphyromonas , Prevotella , Parvimonas , Bacteroides y Gemella , en muchos casos, los mecanismos subyacentes que impulsan la carcinogénesis aún no se han dilucidado. Ciertas especies de bacterias orales se han relacionado con una mayor riesgo de desarrollar cáncer de páncreas. A estudio realizado por investigadores del NYC Langone Medical Center encontró que la presencia de Porphyromona gingivalis en las muestras de lavado bucal se relacionó con un aumento del 59% en el riesgo de desarrollar cáncer de páncreas. Además, la presencia de Aggregatibacter actinomycetemcomitans se asoció con un 119% más de riesgo.

El eje microbioma-intestino-cerebro

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El microbioma ha sido objeto de un intenso escrutinio por parte de los neurocientíficos en la última década. Esto ha sido impulsado por una explosión de datos que conectan las bacterias intestinales con enfermedades del cerebro y una mejor apreciación de cómo nuestro cerebro se comunica con las células nerviosas en nuestro intestino. Avancesen nuestra capacidad de secuenciar el microbioma ha permitido a los neurocientíficos vincular las firmas del microbioma con diferentes enfermedades cerebrales.

La enfermedad de Parkinson, una condición neurodegenerativa definida por déficits motores que aumentan gradualmente, también se asocia con una batería de síntomas gastrointestinales . Los investigadores que estudiaron un modelo de roedor de la condición notaron que agregar microbiota extraída de pacientes con Parkinson acelerado las deficiencias motoras de los roedores, mientras que la microbiota de los controles sanos no. Un estudio de 2018 mostró que en los pacientes de Parkinson, disminuyó Lachnospiraceae y aumentado Lactobacillaceae y Christensenellaceae se relacionaron con signos clínicos más graves. Se han observado más vínculos con la microbiota en trastorno del espectro autista , enfermedad de Alzheimer y accidente cerebrovascular isquémico . Sin embargo, se ha mantenido evidencia convincente en humanos que muestra un elemento causal de estos vínculos esquivo y muchos de los datos actuales son difíciles de comparar e inconsistentes.

Los mecanismos de causalidad teorizados giran en torno a moléculas secretadas por microbios que pueden afectar el sistema nervioso entérico o el cerebro. La fermentación bacteriana en el intestino conduce a la producción de ácidos grasos de cadena corta AGCC. La presencia de AGCC en el líquido cefalorraquídeo CSF ha sido ampliamente reconocido y la evidencia preclínica sugiere que los AGCC pueden actuar para fortalecer integridad de la barrera hematoencefálica, cuya ruptura es un sello distintivo de varias afecciones neurodegenerativas. Las investigaciones futuras sobre el eje cerebro-intestino-microbioma BGM deberán desentrañar los vínculos causales propuestos con más detalle. El descubrimiento reciente depoblaciones microbianas dentro el cerebro post-mortem de Alzheimer ilustra que la conexión entre nuestro microbioma y nuestro sistema nervioso está lejos de ser completamente comprendida.

diagnóstico basado en microbioma

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Un número cada vez mayor de estudios ha identificado que especies específicas y niveles de microbios están asociados con la presencia de una enfermedad o afección en particular. Estas firmas microbianas podrían aprovecharse para ayudar a diagnosticar enfermedades antes y con mayor precisión.

Por ejemplo, un equipo de investigadores del Laboratorio Europeo de Biología Molecular pudo identificar marcadores taxonómicos que distinguir a los pacientes con cáncer colorrectal de los pacientes sin tumor . Al realizar la secuenciación metagenómica en muestras fecales, pudieron detectar cambios asociados con el cáncer en el microbioma fecal. Otros estudios han demostrado que las firmas microbianas fecales también tienen el potencial de ayudar a diagnosticar y monitorear de manera no invasiva varias otras enfermedades, incluyendoprediciendo enfermedad del hígado graso no alcohólico-cirrosis y evaluando gravedad de la enfermedad inflamatoria intestinal .

Los diagnósticos basados ​​en microbiomas no se limitan solo al intestino. La saliva es rica en microbios, con más de 700 especies de bacterias que habitan en la cavidad bucal. Frotis y muestras de enjuague bucal hacer que el microbioma oral sea de fácil acceso y un objetivo atractivo para el diagnóstico. La diversidad y los niveles de bacterias presentes en la saliva pueden ser un indicador de condiciones que van desde caries dental hasta oral y cáncer gastrointestinal .

Como el órgano más grande y la primera barrera del cuerpo humano, la piel también alberga una amplia variedad de microbios que podrían serlo detectado y monitoreado para proporcionar información de diagnóstico y pronóstico. Se están realizando investigaciones sobre cómo se podría aprovechar el microbioma de la piel para diagnosticar y guiar el tratamiento de afecciones cutáneas como el acné, la psoriasis y la cicatrización de heridas.

terapéutica basada en microbioma

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el microbioma puede, en algunos casos, ayudar a un anfitrión pelea enfermedad. Por ejemplo, los investigadores descubrieron recientemente que las bacterias específicas presentes en la microbiota intestinal pueden ayudar al sistema inmunológico de un paciente a generar una respuesta antitumoral . Un estudio reciente publicado en ciencia mostró que al combinar la inmunoterapia con una terapia microbiana específica era posible "estimular" la respuesta inmune contra ciertos cánceres de melanoma, vejiga y colorrectal.

Además de aprovechar directamente la microbiota como terapéutica, los investigadores han estado examinando los microbiomas de varios organismos en un intento de identificar compuestos bioactivos prometedores con propiedades anticancerígenas. Por ejemplo, Murray, et al. Lo han hecho estudiando la microbiota de una ascidia antártica llamada Synoicum adareanum a determine las bacterias que componen el microbioma central. Con esta información esperan identificar cuál de las bacterias está produciendo palmerolida, un compuesto bioactivo prometedor como fármaco específico para el melanoma .

Ha habido un interés creciente en el desarrollo de terapias vivas, mediante las cuales las bacterias se alteran para producir compuestos terapéuticos. Una cepa de Escherichia coli ha sido diseñado para producir proteínas específicas necesarias para tratar deficiencias metabólicas raras. Además, un equipo de Singapur ha diseñado bacterias intestinales para que puedan asociarse con las células del cáncer de colon y secretar una enzima que convierte los glucosinolatos, sustancias que se encuentran naturalmente en algunos vegetales, en sulforafano, una pequeña molécula orgánica con actividad anticancerígena conocida. A estudio publicado en Nat Commun . describe la modificación de una bacteria intestinal comúnmente utilizada como probiótico para que pueda detectar señales emitidas por bacterias patógenas y sintetizar una molécula antimicrobiana en respuesta a las señales.

Flujo de trabajo rápido para la detección de bacterias seleccionadas en muestras

El tracto digestivo humano alberga> 1000 especies diferentes de microorganismos, incluidas bacterias, arqueas, hongos, protistas y virus. La mayoría de ellos son inofensivos, algunos incluso son beneficiosos para la salud humana. Sin embargo, cuando el equilibrio de microorganismos en elintestino se interrumpe, ciertas bacterias pueden crecer incontrolablemente, impactando a su huésped.

La purificación del ADN microbiano de una muestra es un paso clave para comprender la composición y el equilibrio del microbioma.

Descubra un flujo de trabajo para la detección rápida de bacterias médicamente relevantes en muestras de heces humanas.

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