Investigadores descubren microbios de aguas profundas invisibles para el reconocimiento de patrones inmunológicos humanos
Anna Gauthier (autora principal) y Aranteiti Tekiau (Kiribati) disfrutan del sol y las olas en la cubierta del R/V Falkor, examinando de cerca el ROV SuBastian antes de que se sumerja en las profundidades. Crédito: Schmidt Ocean Institute
En el área marina protegida más grande y más profunda del mundo, un equipo de expertos en océanos miró a más de 3000 metros bajo la superficie para encontrar nuevos tipos de organismos microbianos que la gente nunca hubiera encontrado antes. Estos tipos de microbios de bacterias ahora podrían abrir puertas a nuevas formas de comprender cómo responde el sistema inmunitario a invasores completamente extraños.
Un estudio colaborativo entre el Laboratorio de Ecología Marina Rotjan de la Universidad de Boston, el Laboratorio Kagan de la Facultad de Medicina de Harvard, el Hospital Infantil de Boston, el gobierno de Kiribati y otros ha descubierto que hay algunas bacterias tan extrañas para los humanos que nuestras células inmunitarias no pueden registrar que existen, anulando la creencia de larga data de la inmunidad universal, o que nuestras células pueden reconocer cualquier bacteria con la que interactúan. Más bien, según el estudio, algunas bacterias se definen únicamente por su hábitat o entorno local. Sus hallazgos se publicaron el viernes 12 de marzo en Science Immunology.
«Nuestro equipo descubrió y cultivó nuevos microbios que son completamente inmunosilenciosos para el sistema inmunitario humano», dice Randi Rotjan, lo que significa que la bacteria no desencadenó ninguna reacción o respuesta de nuestro sistema inmunitario innato. Rotjan, profesor asistente de investigación de biología de la Facultad de Artes y Ciencias de BU y coautor principal del artículo, dice que este descubrimiento fue completamente inesperado.
La investigación es la culminación de cinco años de estudio, a lo largo de 2000 millas náuticas de las aguas del Océano Pacífico central, con miles de genes secuenciados y gran parte del trabajo en el mar realizado en un laboratorio flotante.
p>
Rotjan, cuya investigación se centra en los arrecifes de coral vivos, dice que la naturaleza interdisciplinaria de su equipo también fue una gran fortaleza con los coautores principales Anna Gauthier, estudiante visitante en BU en el Rotjan Lab cuya investigación se centra en los sistemas inmunológicos de organismos marinos, y Jonathan Kagan, que estudia las formas en que las células interactúan entre sí y con los microbios que encuentran. Además de ser profesor en el departamento de biología de BU, Rotjan es científico cojefe del Área Protegida de las Islas Fénix, una extensión de hábitats marinos y terrestres en Kiribati y el sitio del Patrimonio Mundial de la UNESCO más grande y profundo donde se llevó a cabo el trabajo. The Brink se reunió con Rotjan, y esta sesión de preguntas y respuestas, que también refleja los hallazgos y la investigación de Gauthier y Kagan, ha sido condensada y editada.
Crédito: Universidad de Boston
The Brink: ¿Cómo comenzó esta investigación?
En general, se supone que [nuestro sistema inmunitario innato] puede detectar cualquier microbio o bacteria que encontremos, incluso de entornos a los que nunca estamos expuestos, como las profundidades del mar. Pero cuanto más hablaba nuestro equipo, más claro se hacía que había lagunas importantes en nuestro conocimiento. Nadie había probado realmente la universalidad de las reglas de inmunidad. Con todos nosotros sentados en la misma sala, con diferentes perspectivas y experiencia, nos dimos cuenta de que había una oportunidad única para explorar esto más a fondo.
¿Cómo cambia esta investigación nuestra comprensión de la inmunidad?
Para las bacterias de las profundidades marinas, los humanos somos marcianos y viceversa. Las nuevas bacterias de las profundidades marinas que recolectamos y probamos nunca habrían tenido la oportunidad natural de interactuar con los humanos, ya que viven a miles de metros debajo de la superficie. Entonces, hicimos las preguntas, ¿qué sucedería cuando los organismos de estos distintos ecosistemas interactúen? Avance rápido cinco años, miles de platos servidos y una cantidad inconmensurable de conversaciones, tenemos evidencia de que el sistema inmunológico de los mamíferos tiene la capacidad de detectar bacterias microbianas de nuestro hábitat, no hábitats extraños como las profundidades del océano. La incapacidad de los receptores inmunitarios para detectar la mayoría de las bacterias de un ecosistema diferente sugiere que las estrategias de reconocimiento de patrones pueden definirse localmente, no globalmente.
Los corales duros de las profundidades marinas multiplican la biodiversidad y albergan una diversidad de estrellas de mar, crinoideos, erizos, y otros taxones a lo largo de los acantilados verticales de un antiguo volcán en las aguas del Pacífico ecuatorial del Área Protegida de las Islas Fénix. Crédito: Schmidt Ocean Institute
¿Cuáles son las implicaciones de estos hallazgos?
Todas las células bacterianas tienen un revestimiento exterior. El lipopolisacárido, o LPS, es la capa más externa de la membrana bacteriana. Esta capa más externa es la que permite que otros organismos la reconozcan. Los receptores LPS de células humanas, ratones y cangrejos herradura no pudieron detectar el 80% de las bacterias de aguas profundas examinadas. Ahora que sabemos esto, existe una necesidad apremiante de aprender más sobre las interacciones huésped-microbio en cada ecosistema, ya que se pueden realizar nuevos descubrimientos en cada hábitat. Esto abre el potencial para nuevas herramientas biológicas y terapéuticas. Por ejemplo, usar las bacterias silenciosas como una forma de administrar medicamentos o una terapia inmunológica. Una comprensión mecanicista de nuestro propio sistema inmunológico, junto con una mayor comprensión de la vida en las profundidades marinas, abre nuevas vías de la ciencia para ayudar simultáneamente a la salud humana y al mismo tiempo proporciona una justificación importante para aumentar la protección de los océanos. La colaboración interdisciplinaria realmente abre nuevos mundos.
¿Cómo es trabajar en este laboratorio flotante?
Es una experiencia total y completamente inmersiva, en una parte muy remota del mundo que no sea nuestro equipo y los de la isla, las personas más cercanas a usted están en la Estación Espacial Internacional. Se trata de un viaje de siete días en barco desde Hawai. El barco de investigación del Schmidt Ocean Institute en el que trabajamos, el R/V Falkor, cuesta más de $75,000 por día para operar, y está equipado con 38 pantallas en la sala de control, es completamente loco. Había alrededor de 40 personas en el barco, todas trabajando con el objetivo singular de ver los corales y recolectar muestras. Las bacterias se recolectan de las profundidades del mar, utilizando un robot atado del tamaño de un SUV llamado SuBastian controlado desde la superficie. El robot recolectó corales, sorbió sedimentos y succionó agua que luego se analizó en nuestros laboratorios en Massachusetts. Estábamos afuera [en el mar] cultivando la bacteria, pero nadie esperaba inmunosilencio.
ROV SuBastian preparándose para tomar muestras de un coral bambú, 2000 m debajo de la superficie, con su brazo robótico. Crédito: Schmidt Ocean Institute
¿Cómo fue realizar una investigación en medio del Océano Pacífico?
Kiribati, donde nuestro equipo estuvo basado en 2017, figura en la lista de las Naciones Unidas como uno de los países menos desarrollados país, y han hecho un compromiso increíblemente grande con la conservación de los océanos. Un aspecto importante de este estudio es que es un esfuerzo de colaboración con el gobierno de Kiribati, que muestra la importancia y la belleza de las asociaciones internacionales. El mar profundo del Área Protegida de las Islas Fénix no ha sido estudiado en gran medida hasta ahora. Estos nuevos microbios pueden o no ser exclusivos del Área Protegida de las Islas Fénix. Es necesario realizar estudios futuros, pero la existencia y la prominencia de esta área protegida ha llevado a la investigación de vanguardia a esta porción particular del océano. Estudios como estos ayudan a demostrar el valor de las áreas marinas protegidas y la conservación. Aunque la mayor parte de las profundidades del mar es desconocida e invisible, está claro que tiene un potencial transformador tanto para el océano como para nosotros mismos.
¿Qué es lo que más te emociona de este descubrimiento?
El la diversidad de la vida microbiana y las estructuras químicas que expresan en las profundidades del mar están totalmente infraexploradas. Este documento proporciona los primeros ejemplos detallados y sienta las bases fundamentales, pero hay mucho más por hacer. Ahora que tenemos esta nueva forma de comprender las interacciones de LPS con las células humanas, podemos usarla para comprender más sobre los sistemas inmunitarios de los mamíferos: como sondear los orígenes de la respuesta inmunitaria, identificar matices en las vías de señalización del reconocimiento microbiano y aumentar el potencial de inmunoterapéuticos.
El piloto de ROV Adam Whetmore vuela el SuBastian sumergible a bordo del R/V Falkor para recolectar una muestra de coral con su brazo robótico, bajo la dirección del equipo científico. Crédito: Schmidt Ocean Institute
¿Qué explorarás en tu próxima expedición?
Regresaremos al mar con el Schmidt Ocean Institute en junio de 2021, aprovechando esta última expedición, donde descubrimos estos microbios Nuestro próximo viaje será de regreso en el R/V Falkor, esta vez trabajando tanto en aguas de Kiribati como de EE. UU., ya que tienen islas adyacentes en el Pacífico central. Haremos un seguimiento de este estudio inicial, pero también daremos la vuelta a esta pregunta para examinar los sistemas inmunológicos de las esponjas y los corales en las profundidades del mar para comprender los orígenes de estos microbios y cómo estos microbios juegan un papel en sus entornos domésticos. La naturaleza es tan compleja y ha proporcionado tantos mecanismos de respuesta diferentes. Queda mucho por explorar.
Explore más
Bacterias relacionadas con la clamidia descubiertas en las profundidades del Océano Ártico Más información: Anna E. Gauthier et al. Microbios de aguas profundas como herramientas para refinar las reglas del reconocimiento de patrones inmunitarios innatos, Science Immunology (2021). DOI: 10.1126/sciimmunol.abe0531 Información de la revista: Science Immunology
Proporcionado por la Universidad de Boston Cita: Investigadores descubren microbios de aguas profundas invisibles para el reconocimiento de patrones inmunitarios humanos (2021, 16 de marzo) recuperado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-03-deep-sea-microbes-invisible-human.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.