El microbioma, nuevo paradigma en las ciencias biológicas y en la medicina

En el siglo XXI surgió un nuevo paradigma en las ciencias biológicas y en la medicina provocado por el extraordinario descubrimiento del microbioma, un universo de microorganismos, muchas veces simbióticos, que son parte de todos los organismos multicelulares (humanos, animales y plantas) que no pueden considerarse ya como entidades independientes.

Dentro de este universo se debe incluir a los millones de seres microscópicos que conviven con los humanos. Estos seres multicelulares son lo que llamamos la microbiota. Es la comunidad de microorganismos que viven sobre y dentro de nosotros. “Antes consideramos a estos organismos como patógenos, enemigos nuestros, y hemos descubierto que no necesariamente es así”, indicó Alejandro Frank, coordinador del Centro de Ciencias de la Complejidad (C3) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), miembro de El Colegio Nacional y de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC).

La palabra microbioma se refiere a los microorganismos y también a sus genomas, a su información genética y a la interacción entre este genoma molecular y el de los humanos; es decir, “se ha encontrado que es imprescindible tomar en cuenta a estos genes microbianos en nuestro funcionamiento e incluso en nuestra herencia y evolución”.

Los insectos aventajan a los humanos

Mientras se sabe que en humanos el microbioma se hereda a través del nacimiento vía vaginal, en el útero y la lactancia, esto no funciona igual en todos los animales. Esperanza Martínez Romero, del Centro de Investigación en Ciencias Genómicas e integrante de la AMC, apuntó que los koalas, por ejemplo, tienen una dieta basada en hojas de eucalipto, el cual es muy tóxico y difícil de digerir, por lo que tienen que transferir a sus crías las bacterias que les permitan degradar el alimento, y esto ocurre cuando sus pequeños cuentan con algunos meses de edad, a través de paps, heces fecales líquidas que los koalas comen.

La investigadora agregó que son los insectos los que llevan una significativa delantera, no solo desde el punto de vista metabólico, sino también en la manera de trasmitir la microbiota a su descendencia. Recordó el artículo “Capsule-transmitted gut symbiotic bacterium of the Japanese common plataspid stinkbug, Megacopta punctatissima”, reportado por investigadores japoneses, en el cual señalan que los insectos de la especie Megacopta punctatissima son un tipo de chinche que transmiten la microbiota intestinal de manera encapsulada; estas capsulas las colocan junto con sus huevos y cuando estos eclosionan, los insectos comen lo que parecen pequeñas heces fecales.

Pero los insectos tienen otras formas de transmitir las bacterias, las cuales se van a los ovarios y una vez allí se pegan a los huevos ya fertilizados. Así, cuando los nuevos insectos nacen ya llevan su paquete de células bacterianas, un mecanismo que los humanos no poseen.

Mientras los humanos tienen en el intestino un “zoológico de todos colores y formas”, los insectos cuentan con una selección. “Es lo que nosotros queremos hacer con todos los años de investigación y el dinero invertido en ciencia, seleccionar bacterias muy buenas que nos beneficien y no tengan que estar compitiendo con toda una gama de bacterias que pueden producir toxinas”, dijo Martínez Romero.

Otra característica de evolución en los insectos es la presencia de pequeñas cavidades en su abdomen llenas de bacterias, lo que se conoce como bacteriomas, donde se concentran un elevado número de bacterias que hacen lo que el insecto requiere. A esto se añade que cuentan con genomas reducidos, una décima parte de lo que tienen las bacterias de vida libre.

A la par se ha observado que las bacterias se están volviendo en un tipo de organelos con procesos específicos –como la mitocondria–, dependientes de las células de los insectos. Ya no crecen en vida libre en cajitas de laboratorio y la parte del genoma que guardan sirve para sintetizar compuestos que los insectos requieren como vitaminas y aminoácidos esenciales. “Estas bacterias de los bacteriomas son las que en mayor medida se transfieren a los ovarios, a los óvulos y a los huevos fecundados”, precisó la investigadora.

La especialista en microbiología comentó que en su laboratorio ha trabajado con su equipo de colaboradores con insectos tipo cochinillas nativos de México, que tienen un valor cultural y económico como es el caso de Llaveia axin axin, que crece en Chiapas. Este hemíptero parásito se obtiene de árboles de bosques tropicales secos, producen un extracto graso que es utilizado para el recubrimiento de artesanías locales. Esta cochinilla tiene sus bacteriomas al lado del abdomen y lo “que hemos encontrado es que cuentan con genomas muy pequeñitos del tamaño de un plásmido simbiótico. No tienen muchos de los genes esenciales para la vida y se transmiten de madres a hijos desde los ovarios”.

Recientemente, Martínez Romero ha iniciado la exploración de endosimbiontes de artrópodos tales como el niij (cochinilla del carmín). En los estudios genómicos de sus bacterias encontró que esta cochinilla también tiene endosimbiontes con genomas reducidos. Además, otra particularidad novedosa apenas publicada en la revista científica internacional Genome Biology and Evolution, es que se ha identificado que posee un simbionte fijador de nitrógeno, el cual se halla dentro del insecto y se va a los ovarios, pero no tiene un genoma tan reducido. Este simbionte fijador de nitrógeno aparentemente vive en la hemolinfa –el líquido circulatorio de algunos invertebrados, análogo a la sangre de los vertebrados—, “pensamos que es un simbionte nuevo con una simbiosis naciente, incipiente, y que aparece en un momento clave al querer colonizar los ovarios para iniciar una relación simbiótica más especializada”.

Nuevas hipótesis

La revolución del microbioma es nueva porque su avance está basado en la tecnología de secuenciación que se hizo muy eficiente, barata y masiva. La posibilidad de secuenciar casi todo, desde gatos, perros, lagartijas, heces fecales o intestinos, ha llevado a generar gran cantidad de información del genoma y permitido el avance de la metagenómica.

“Hay nuevas hipótesis para explicar la diversidad del microbioma, incluso ya se habla de un nuevo concepto conocido como el holobionte; es decir, el individuo más sus bacterias”, subrayó la científica y recordó que este concepto “ha sido discutido por los científicos como Ford Doolittle, ecólogo microbiano que en este 2017 dijo que para entender el microbioma intestinal es necesario pensar que es la canción y no el cantante lo que importa:  la canción es la función de las bacterias y el cantante las bacterias”.

Esperanza Martínez Romero aclaró, durante su participación en la mesa redonda “La revolución del microbioma”, en El Colegio Nacional, que no importa si es un estreptococo o bifidobacterium si al final ambos degradan un almidón, porque las funciones son lo que explican el sistema de los intestinos y no los listados enormes de bacterias.