Tres estudios rastrean los microbiomas de las personas a través de la salud y la enfermedad
ARRIBA: Una micrografía electrónica de barrido de biopelículas bacterianas adheridas al epitelio vaginal, tomadas de una muestra de una participante del estudio que tenía inflamación causada por sobrecrecimiento bacteriano o vaginosis bacteriana.JUDY WILLIAMSON Y KIMBERLY K. JEFFERSON, VIRIGINIA COMMONWEALTH UNIVERSITY
En 2008, los Institutos Nacionales de Salud financiaron el Proyecto Microbioma Humano, un proyecto ambicioso, similar al Proyecto Genoma Humano, destinado a caracterizar los microbios increíblemente complejos que viven en y sobre cada uno de nosotros. Seis años más tarde, el programa se expandió para convertirse en el Proyecto Integrador del Microbioma Humano (iHMP), con el objetivo de comprender cómo el microbioma en diferentes partes del cuerpo cambia con el tiempo y en diversos estados de salud, como el embarazo o la enfermedad.
Tres estudios del iHMP, publicados hoy (29 de mayo) en Nature y Nature Medicine conectan la composición microbiana con la diabetes tipo 2, el embarazo y la enfermedad inflamatoria intestinal ( EII). Cada estudio incluyó datos de miles de…
El hallazgo principal de los tres estudios, dice Curtis Huttenhower, biólogo computacional de la Universidad de Harvard y autor principal del estudio IBD, es que todo está interconectado. Todo cambia a la vez, y cuando los errores cambian, puedes ver la respuesta humana, y viceversa.
Prediabetes e infección
Uno de los estudios golpeó de cerca a Michael Snyder , un genetista de la Universidad de Stanford que cambió su investigación para centrarse en la diabetes tipo 2 cuando le diagnosticaron la enfermedad. Muchos pacientes, como Snyder, son diagnosticados con diabetes luego de infecciones virales, pero los científicos no entienden la conexión entre las infecciones y la insulina. Él y su equipo se preguntaron si las personas con diabetes o prediabetes responden de manera diferente a las infecciones que aquellas con una función saludable de la insulina.
Siguieron a 106 participantes durante cuatro años (83 de los cuales aceptaron que sus datos fueran de acceso abierto). La mitad de los voluntarios tenía prediabetes, una afección en la que los niveles de azúcar en la sangre están elevados, pero no hasta el punto de la diabetes tipo 2. Cuando los pacientes dijeron que estaban sanos (que no experimentaban enfermedades agudas), los científicos tomaron muestras de sangre, heces y nasales cada tres meses. Usaron las muestras para monitorear el nivel de azúcar en la sangre de los pacientes y ejecutar una secuenciación profunda del genoma para caracterizar la composición del microbioma intestinal y observar los cambios a lo largo del tiempo.
Todo cambia a la vez, y cuando los errores cambian, puedes ver la respuesta humana y viceversa.
Curtis Huttenhower, Universidad de Harvard
Secuenciamos el genoma del huésped, el transcriptoma, el proteoma y el metaboloma, dice Snyder a The Científico, y microbioma también, obviamente.
Si los pacientes informaron que se enfermaron, recibieron una inmunización, aumentaron de peso o experimentaron otros factores estresantes importantes de la vida, como colonoscopias, los investigadores les preguntaron venir con más frecuencia a dar muestras. Treinta y dos pacientes tuvieron infecciones respiratorias durante el estudio.
Descubrieron que los pacientes con prediabetes o señalización disfuncional del receptor de insulina tenían respuestas alteradas y retrasadas a las infecciones virales respiratorias, lo que, según sugieren los autores, puede conducir nivel de inflamación, conocido por exacerbar enfermedades como la diabetes. Los microbiomas nasales e intestinales cambiaron de manera diferente en respuesta a una infección que los de los pacientes con señalización de receptores saludables.
Sin embargo, lo que es más importante, la diferencia en la composición microbiana de una persona a otra fue mayor que la diferencia dentro de una persona cuando estaba enfermo o sano. Esto significa que es muy, muy importante que registres el perfil de alguien cuando está sano para que cuando tenga una enfermedad puedas ver [cualquier cambio] lo antes posible, dice Snyder.
Enfermedad intestinal inflamatoria
Huttenhower y sus colegas encontraron un fenómeno idiosincrásico similar en su muestra de pacientes con EII. Las formas exactas en que se manifiestan los brotes de enfermedades difieren de persona a persona, dice. Uno de los resultados sorprendentes es lo diferentes que son todos.
El grupo siguió a 132 pacientes durante un año cada uno. Los pacientes usaron kits de recolección en el hogar y enviaron por correo una muestra de heces a los investigadores cada dos semanas. Los investigadores también analizaron muestras de sangre trimestrales y biopsias de las colonoscopias de los pacientes.
La EII es una enfermedad autoinmune, pero las muestras mostraron que no solo el sistema inmunológico está alterado. Los biomarcadores conocidos de la enfermedad de Crohn y la colitis, dos tipos de EII, son anticuerpos en la sangre, pero estos solo están presentes cuando también hay cambios en el microbioma intestinal.
No es solo que el sistema inmunitario esté generalmente interrumpido durante la enfermedad de Crohn o la colitis ulcerosa, es muy específico durante los períodos de actividad de la enfermedad. Cuando hay cambios microbianos y bioquímicos en el intestino, también se puede ver que el sistema inmunitario responde en todo el cuerpo con cambios en los que están presentes los anticuerpos, dice Huttenhower.
Embarazo y prematuridad
El estudio final en el trío no rastreó la enfermedad, sino los cambios en la diversidad microbiana relacionados con el embarazo, especialmente en aquellos que terminan con partos prematuros.
Los científicos han logrado un enorme progreso en el apoyo a los bebés prematuros después de nacer, pero todavía no hay forma de predecir cuándo es probable que suceda.
En los Estados Unidos, las mujeres de ascendencia africana tienen más probabilidades que cualquier otra mujer de dar a luz prematuramente. Con la esperanza de comprender mejor el problema en esta población, Greg Buck, microbiólogo e inmunólogo de la Virginia Commonwealth University, y su equipo analizaron un subconjunto de muestras de las 1527 mujeres involucradas en la Iniciativa de Embarazo del Estudio del Microbioma Multi-Omic (MOMS-PI ). El subconjunto de mujeres embarazadas era en su mayoría de ascendencia africana y terminó incluyendo 45 que tuvieron partos prematuros (definidos como embarazos que duraron menos de 37 semanas) y 90 que llegaron a término.
Hasta que estos microbiomas los estudios crean resultados procesables y prueban hipótesis, no sabremos si son de alto impacto o simplemente estudios de asociación costosos.
Gregor Reid, Western University
La pregunta era, ¿podríamos identificar firmas microbianas o múltiples ¿Firmas ómicas que nos darían una idea de cómo predecir el riesgo de parto prematuro o nos darían una idea de los mecanismos por los cuales las bacterias [causan el parto prematuro]? dice Buck.
El equipo recolectó muestras del microbioma vaginal de las mujeres en cada cita a lo largo de sus embarazos. Al igual que los otros estudios, estudiaron estas muestras en el contexto del resto del cuerpo, recolectando también sangre del cordón umbilical y tejidos de la placenta al nacer, y otras muestras microbianas.
El grupo identificó ciertos taxones bacterianos asociados con el parto prematuro. nacimiento. Lo más sorprendente, dice Buck, fue que las señales parecían ser mayores al principio del embarazo, en lugar de cuando las mujeres se acercaban al trabajo de parto. Estudios anteriores habían demostrado que durante el primer trimestre, el microbioma vaginal es muy diverso, pero a lo largo del embarazo disminuye y la comunidad microbiana se vuelve dominada por Lactobacillus. En el estudio actual, los signos de un posible parto prematuro desaparecieron junto con la diversidad microbiana.
David Sela, microbiólogo nutricional de la Universidad de Massachusetts que no participó en el estudio, calificó el trabajo como extenso y bien ejecutado, y agregó que la identificación de microbios relacionados con el parto prematuro algún día podría ayudar a informar las intervenciones.
Sin embargo, Buck y sus colegas aún no están listos para dar el salto y afirmar que pueden predecir qué mamás entregará temprano. Y no está claro cuánta utilidad práctica tendrá la empresa científica masiva del Proyecto Integrador del Microbioma Humano.
Gregor Reid, microbiólogo e inmunólogo de la Universidad Western que no participó en ninguno de los estudios, dice: Hasta estos estudios de microbioma crean resultados procesables y prueban hipótesis, no sabremos si son estudios de asociación de alto impacto o simplemente costosos. . . . Necesitamos ir más allá de seguir a las personas y no probar las intervenciones.
W. Zhou et al., Longitudinal multi-omics of host-microbe dynamics in prediabetes, Nature, doi:10.1038/s41586-019-1236-x, 2019.
J. Lloyd-Price et al., Multi-ómica del ecosistema microbiano intestinal en enfermedades inflamatorias del intestino, Nature, doi:10.1038/s41586-019-1237-9, 2019.</p
J. Fettweis et al., El microbioma vaginal y el parto prematuro, Nature Medicine, doi:10.1038/s41591-019-0450-2, 2019.
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