El microbioma es la colección de microbios que colonizan un hábitat, cuerpo humano o de otra manera.
por Talia Ogliore, Escuela de Medicina de la Universidad de Washington
Debido a la investigación pionera de microbiomas en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, las personas de todo el mundo ahora entienden mucho más sobre el papel fundamental de los microbios intestinales en la salud y las enfermedades humanas.
Los animales y las plantas también dependen de miles de microbios diferentes para mantenerse con vida. Aunque se sabe menos sobre estas asociaciones, una nueva generación de científicos está explorando las relaciones entre un ejército oculto de microbios y las criaturas que sustentan y fortalecen. Estos Microbios de Diversos Ecosistemas (mDivE-STL) son el foco de un simposio de investigación del 3 de octubre organizado por Living Earth Collaborative.
En varias instituciones de investigación de St. Louis, los investigadores estudian microbiomas humanos y no humanos. Este simposio fue organizado para ayudar a fomentar una comunidad de investigadores que estudian diversos sistemas microbianos mientras se benefician de la gran fortaleza local en la experiencia del microbioma humano.
Tomemos, por ejemplo, los investigadores que estudian los monos aulladores negros (Alouatta pigra) en América del Norte y Central. Estos grandes y carismáticos monos son conocidos por hacer una de las llamadas más fuertes en los bosques tropicales de México, Guatemala y Belice.
Como herbívoros que habitan en los árboles, los monos aulladores negros consumen principalmente hojas, flores y frutos de árboles y vides. Debido a que carecen de enzimas capaces de digerir la celulosa, el carbohidrato que compone la pared celular de la hoja, los monos aulladores dependen de la fermentación provocada por su microbiota intestinal para obtener la energía que necesitan de estos alimentos.
Todo ese proceso puede ser mucho más dinámico de lo que se pensaba anteriormente, según una investigación de científicos de la Universidad de Washington. Está comenzando a surgir evidencia de que los cambios microbianos intestinales relacionados con la dieta amortiguan la disponibilidad de energía y nutrientes para animales como los monos aulladores negros.
Elizabeth Mallott, profesora asistente de biología en Artes y Ciencias, utiliza la metabolómica para examinar cómo los metabolismos microbianos responden a los cambios en qué y cuánto comen sus anfitriones. Recientemente realizó un estudio con una población de monos aulladores negros salvajes que experimentan anualmente tres estaciones distintas que afectan sus dietas: una estación húmeda dominada por las frutas; una estación seca dominada por las hojas; y una estación seca, dominada por la fruta.
“Podemos ver que cuando los monos comen más de un nutriente específico, los microbios intestinales metabolizan más ese nutriente”, dijo Mallott, primer autor de la investigación publicada en Molecular Ecology . “Pero más allá de eso, lo emocionante es que pudimos observar las interacciones entre los microbios y los metabolitos en diferentes estaciones, incluidas las estaciones en las que los monos estaban limitados desde el punto de vista nutricional o energético por la comida disponible en su entorno”.
Los microbios tienden a compensar durante los tiempos de escasez, descubrió Mallott, dando prioridad a las funciones que proporcionan más nutrientes al huésped. Pero ese sistema se desmorona cuando la disponibilidad de alimentos se vuelve verdaderamente limitada.
“Luego, los microbios parecen estar luchando. Simplemente intentan robar la mayor cantidad posible de nutrientes entre sí”, dijo Mallott, quien también analiza cómo la variación ambiental afecta el microbioma intestinal en los humanos.
Los microbios podrían beneficiar la conservación de las especies
Estudiar los microbiomas de las poblaciones animales que prosperan en la naturaleza es importante porque puede proporcionar a los investigadores microbios candidatos y consorcios microbianos que podrían usarse para mejorar la resistencia a las enfermedades, la absorción de nutrientes y, en última instancia, la aptitud de las especies amenazadas o los animales que residen en hábitats degradados.
Esto es cierto para los mamíferos, incluidos los monos aulladores negros, pero también para los reptiles, como las tortugas de caja nativas de Missouri, incluidas las que el Instituto de Medicina de Conservación del Zoológico de Saint Louis ha estudiado en dos sitios en el área de St. Louis desde 2012, como parte de el Proyecto de la Tortuga de Caja de St. Louis.
Con el apoyo de Living Earth Collaborative, los investigadores están ampliando ese esfuerzo para incluir la caracterización de los microbiomas de las tortugas de caja de tres dedos y explorar cómo varían dentro y entre poblaciones. Los científicos del laboratorio de Fangqiong Ling, profesor asistente de ingeniería energética, ambiental y química en la Escuela de Ingeniería McKelvey, están colaborando en este proyecto de tortugas para integrar microorganismos en la caja de herramientas de conservación de la vida silvestre.
“En general, los microbiomas de la vida silvestre (las bacterias, las arqueas, los protistas y los virus que se encuentran dentro y sobre el cuerpo) son un aspecto poco estudiado de la conservación de la biodiversidad”, dijo Sharon L. Deem, directora del Instituto de Medicina de la Conservación y del Saint Louis Zoo WildCare Institute Centro para la Conservación de Quelonios.
Deem y Mallott están programados para hablar en el simposio de investigación del 3 de octubre, que fue organizado por Ling, Gautam Dantas, profesor de patología e inmunología en la Facultad de Medicina, y Jonathan Losos, el Distinguido Profesor Universitario William H. Danforth de biología en Artes y Ciencias y directora de Living Earth Collaborative.
Aproximadamente la mitad de la investigación sobre microbiomas que se presentará se relaciona con animales, plantas y el medio ambiente, mientras que el resto está más estrechamente relacionado con la salud humana.
“Realmente no puedes entender el microbioma humano y su dinámica interesante si no lo consideras en el contexto del medio ambiente”, dijo Dantas, quien describe la investigación del microbioma en su laboratorio como un 90% enfocada en humanos y 10 % en otros hábitats, incluidas las plantas, el suelo y el entorno construido. “Incluso si se centra únicamente en los microbios de los humanos, no podrá explicar la dinámica importante de los de ese ecosistema si no comprende las interacciones de los microbios dentro y sobre el cuerpo, y dónde de donde provienen esos microbios”.
Más información: Simposio Microbios de Diversos Ambientes .
Elizabeth K. Mallott et al, El metaboloma fecal de los monos aulladores negros (Alouatta pigra) varía en respuesta a los cambios dietéticos estacionales, Molecular Ecology (2022). DOI: 10.1111/mec.16559
