Construyen el microbioma sintético más complejo hasta el momento

En los últimos años, ha sido mucha la evidencia científica que ha empezado a señalar al microbioma, el enorme conjunto de microorganismos que habitan en nuestro cuerpo, como un factor fundamental en numerosos aspectos claves de nuestra salud.

Esta comunidad, sin embargo, es muy compleja, y sin métodos sistemáticos para estudiar a sus miembros, resulta muy difícil encontrar las células y moléculas ligadas a ciertas enfermedades.

Creando una comunidad

Buscando llenar ese vacío, un equipo de la Universidad de Stanford (Estados Unidos) ha construido el microbioma sintético más complejo y mejor definido hasta el momento, tal y como describen en el prestigioso medio científico Cell. Se trata de una comunidad de más de 100 especies bacterianas que se ha podido trasplantar con éxito en ratones. La posibilidad de añadir, eliminar y editar especies concretas proporcionará a los científicos una herramienta muy valiosa para mejorar nuestro entendimiento de los vínculos entre el microbioma y la salud, y eventualmente desarrollar terapias pioneras en base al microbioma.

Hasta ahora, muchos de los trabajos clave con el microbioma se habían llevado a cabo usando trasplantes fecales, que introducen el microbioma entero natural de un organismo en otro. Sin embargo, y a pesar de que en la actualidad los científicos rutinariamente editan genes de una célula o incluso de un ratón entero, hasta ahora no existían las herramientas para modificar una especie entre cientos de las presentes en una muestra fecal.

Cada célula del microbioma ocupa un nicho funcional específico, llevando a cabo reacciones que rompen o construyen moléculas. Para construir un microbioma, indican estos autores, no sólo debían asegurarse de que la mezcla final fuera estable (sin una especie sobreponiéndose sobre las demás), sino que también debía ser funcional, llevando a cabo todas las funciones de un microbioma completo y natural. Seleccionar las especies concretas para incluir en esta comunidad sintética también representaba una dificultad, teniendo en cuenta el amplio rango de variación que en la naturaleza existe entre individuos.

Colonización exitosa

Con tal objetivo, decidieron tomar las especies más prevalentes y para ello recurrieron al Proyecto Microbioma Humano (HMP, por sus siglas en inglés), una iniciativa de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para secuenciar los genomas microbianos completos de más de 300 adultos.

Así, seleccionaron esas más de 100 especies que estaban presentes en al menos un 20% de los individuos y las cultivaron por separado antes de unirlas en un único cultivo bautizado como Comunidad Humana 1 o hCom1.

Esta comunidad era estable en el laboratorio, pero era precioso comprobar si lo seguía siendo en un organismo vivo. Así, tomaron ratones modificados especialmente para no contener bacterias en el intestino e introdujeron este cultivo. Las bacterias pronto colonizaron todo el intestino de estos ratones, manteniendo una proporción estable durante al menos dos meses. 

Para terminar de completar el microbioma artificial, introdujeron después en estos ratones muestras fecales naturales. De esta manera, algunas especies presentes en estas muestras ocuparon los nichos que quedaban sin cubrir en el microbioma hCom1, sin destruir el equilibrio que esta última había alcanzado previamente. Al resultado de este encuentro lo bautizaron como hCom2.

Resistiendo invasiones

Por último, los científicos buscaron demostrar la utilidad de este microbioma introduciendo una especie dañina, E. coli, en los ratones colonizados. Como los que habían recibido microbiomas de origen natural, los que contenían la comunidad hCom2 resistieron la infección.

No sólo eso, sino que el equipo podía ir eliminando selectivamente cepas bacterianas para determinar cuáles eran las responsables de esta protección frente a E. coli, encontrando varias de las especies críticas.

Con esto, los autores concluyen que este microbioma sintético ofrece la posibilidad de realizar futuros estudios con este mismo enfoque reduccionista en otras áreas de la salud, como la respuesta a la inmunoterapia.

Referencias

Alice G. Cheng, Po-Yi Ho, Andrés Aranda Díaz,, Sunit Jain et al. Design, construction and in vivo augmentation of a complex gut microbiome. Cell (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.08.003