The Human Microbiome Project Consortium
Studies of the human microbiome have revealed that even healthy individuals differ remarkably in the microbes that occupy habitats such as the gut, skin and vagina. Much of this diversity remains unexplained, although diet, environment, host genetics and early microbial exposure have all been implicated. Accordingly, to characterize the ecology of human-associated microbial communities, the Human Microbiome Project has analysed the largest cohort and set of distinct, clinically relevant body habitats so far. We found the diversity and abundance of each habitat’s signature microbes to vary widely even among healthy subjects, with strong niche specialization both within and among individuals. The project encountered an estimated 81–99% of the genera, enzyme families and community configurations occupied by the healthy Western microbiome. Metagenomic carriage of metabolic pathways was stable among individuals despite variation in community structure, and ethnic/racial background proved to be one of the strongest associations of both pathways and microbes with clinical metadata. These results thus delineate the range of structural and functional configurations normal in the microbial communities of a healthy population, enabling future characterization of the epidemiology, ecology and translational applications of the human microbiome.
En el artículo no se profundizó acerca de las interacciones de los microorganismos entre sí y con el hospedero. Solamente se menciona que entre las bacterias hay competencia y mutualismo, y con los hospederos humanos comensalismo y mutualismo. No obstante, no se amplia suficientemente esta información. Si varios grupos de bacterias se consideran comensales, con respecto a los humanos, significa que podrían estar presentes o no en el cuerpo humano, por lo que la interacción con otras bacterias podría ser el factor más influyente para que se hallen estos microorganismos. Así se podría explicar la ecología de estos organismos y no se dejaría su presencia solamente como producto del azar.
ReplyDeletePor otro lado, se excluyó completamente del análisis a los microorganismos eucariontes. Debido a la metodología usada se descartó la posibilidad de encontrar hongos o protistas, lo cual facilitó la identificación de los organismos. Sin embargo, para completar el cuadro del microbioma de los humanos me parece que estos seres vivos deben ser considerados. Un panorama incompleto como el que se presenta no representa la realidad del complejo microbioma humano. Al menos los autores debieron comentar esto, de otro modo, hace suponer que el mayor peso en la ecología del cuerpo humano saludable se debe a las bacterias, mientras que cualquier otro organismo tiene un efecto no significativo o que incluso sólo se presenta en condiciones patológicas.
En cuanto a las condiciones del hospedero con las que se pretende explicar la frecuencia con la que se presentan las bacterias en los individuos que donaron las muestras, me parece que algunas desde el inicio no son tan importantes como otras que ni siquiera se mencionan. Por ejemplo, considerando que las muestras provienen de dos localidades de los Estados Unidos, sería más interesante conocer el tipo de ambiente en el que se encuentran los individuos y las actividades que realizan, porque este sería un factor importante para explicar de dónde y cómo llegan los organismos que colonizan el cuerpo humano. En cambio, otro factor como el índice de masa corporal, como se vio, sólo es anecdótico. Algo que no se estudió más ampliamente es el factor de la edad, ya que sólo se tomaron muestras de personas en edad laboral, por lo que no fue posible comparar los resultados con los de las muestras de otros individuos, como niños o ancianos. De haberse hecho estos mismos análisis podría haberse visto que sí tienen una asociación fuerte con la diversidad de bacterias, pero sólo queda ese hueco de información. Nuevamente se dejó incompleto el conocimiento del microbioma humano.
Como aproximación para comprender el peso de las interacciones de bacterias con los humanos, este trabajo es muy positivo, ya que establece una metodología y una base de conocimiento para futuros estudios. Aún con las limitaciones metodológicas y, como consecuencia, en los resultados, la aplicación de la información de este artículo es muy prometedora, ya que sus objetivos están enfocados al estudio del microbioma de los seres humanos saludables, por lo que la práctica médica se vería beneficiada a corto plazo, al hacer la comparación de lo que se considera el estado de saludable con el de enfermedad.
Brenda Toledo Rojas
ReplyDeleteStructure, function and diversity of the healthy human microbiome
Los microbios que se encuentran en el cuerpo humano no son en su totalidad dañinos, las comunidades de bacterias que habitan nuestros cuerpos cumplen funciones benéficas e importantes para la salud humana. Las enfermedades se llegan a presentar cuando el microbioma o la composición de las comunidades bacterianas se altera. El cuerpo humano puede ser visto como una gran comunidad en la cual existen varios nichos ecológicos que pueden ser ocupados por los microorganimos. Este artículo forma parte del ambicioso e interesante proyecto de investigación del microbioma humano para estudiar las bacterias que habitan el cuerpo humano.
Se tomaron muestras de 242 personas sanas (129 hombres y 113 mujeres) de 18 partes diferentes del cuerpo (cavidad oral, piel, heces y vagina). Después utilizaron la técnica de pirosecuenciación de la subunidad 16S ribosomal con la cual se realizan estudios filogenéticos de las comunidades microbianas existentes y asignar nombre de especies o género. Con esta técnica perteneciente a la metagenómica se secuenciaron los genomas de 800 bacterias, pero existen estimaciones que en nuestro cuerpo existen más de 10000 especies de bacterias.
Las comunidades bacterianas de las personas analizadas coincidieron en algunos tipos bacterianos, los cuales tienen una abundancia grande, y difieren en muchas especies de bacterias que son poco abundantes. Los autores realizaron estudios de correlación entre el microbioma humano y el fenotipo del hospedero y al parecer, el tipo de bacterias que habitan en las personas es muy variable entre ellas, en esta situación puede estar influyendo el tipo de dieta, el grado de obesidad, inmunidad, la genética propia del individuo.
Cuando los autores compararon el microbioma para distintas regiones del cuerpo, obtuvieron que las bacterias entre cada región corporal son muy distintas. La mayor diversidad microbiana la encontraron en la región de la boca, en la que predominan los géneros Streptococcus, Haemophilus, Actinomyces y Prevotella.
El estudio del microbioma humano es un gran avance en la ciencia, ya que en un futuro se podrán encontrar nuevos microorganismos, nuevas funciones de genes que aparentan no tenerla, así como poder correlacionar la composición del microbioma de cada persona y su estado de salud. Conocer como es la colonización temprana de los microorganismos en el cuerpo humano y estudiar el microbioma comparando poblaciones humanas. Sin duda un campo de investigación con mucho futuro y grandes avances.
Martha Segura, Ensayo. (The Human Microbiome Project Consortium 2012) Structure, function and diversity of the healthy human microbiome.
ReplyDeleteEn este trabajo estudiaron la microbiota bacteriana de un grupo de adultos presente en 18 regiones del cuerpo o hábitats, incluyendo la nariz, la zona posterior de las orejas, el tracto digestivo y el área urogenital. El grupo de estudio fueron 300 adultos sanos pertenecientes a 15 etnias diferentes. Se utilizó la pirosecuenciación y distintos primers para determinar la diversidad de géneros con el gen 16S rRNA y especies de bacterias.
Los resultados mostraron la abundancia de distintos géneros en hábitats particulares: el género Propionibacterium se encontró más abundantemente en la nariz, parte superior del codo y zona posterior de la oreja; en hábitats del sistema digestivo, Streptococcus fue el género más abundante; en la zona final del recto, el género Bacteroides y en la zona vaginal el género Lactobacillus. Además del género más abundante, se determinaron otros 9 géneros de bacterias para todos los hábitats en abundancias menores. En cuanto a las especies, se encontró una presencia diferencial de especies entre individuos y también en distintos hábitats.
No se detectaron bacterias patógenas con abundancias importantes, pero sí bacterias oportunistas que fueron constantes entre individuos y hábitats, que contrasta con los microorganismos clave que suelen encontrarse únicamente en algunos hábitats y son variables entre individuos. Esto indica que a pesar de la alta diversidad y distintas configuraciones de la microbiota en los hábitats, el individuo permanece sano y tiene la capacidad de resistir cambios en su microbiota particular. Por otro lado, las bacterias determinadas dentro y fuera de los hábitats, sugerían la existencia de factores físicos como oxígeno, pH, factores inmunológicos del hospedero y otras relaciones como conductores de la diversidad.
Otro factor estudiado fueron las rutas metabólicas, más constantes y equilibradas en los individuos, lo que indica que no importa la diversidad de bacterias en el microbioma, las funciones principales se seguirán llevando a cabo como una propiedad ecológica del microbioma. Dos descubrimientos en este estudio fueron una serie de familias nuevas de proteínas que no se habían caracterizado antes y genes sin una función clara, ambos elementos se encontraron en mayor cantidad en la cavidad oral.
Uno de los resultados más interesantes fue que algunas rutas metabólicas y diversidad de taxa estuvieron relacionados fuertemente con la etnicidad de los individuos, por ejemplo el pH vaginal, particular en cada etnia, fue determinante para la especie de Lactobacillus presente.
Como lo indican en las conclusiones del trabajo, no se puede asegurar que la diversidad y abundancia del microbioma así como la presencia de genes, proteínas y rutas metabólicas particulares se debe a la diversidad de los grupos de individuos estudiados, o si es en parte debido a las interacciones del propio microbioma, es decir interacciones bacteria-bacteria. Otro factor que considero importante es el estudio de los hongos como parte del microbioma, ya que Frey-Klett et al. (2011) mencionan las interacciones que estos tienen con las bacterias, desde señalización, fisiología, cambio en condiciones ambientales, efectos en patogenicidad, entre otros.
Este artículo me pareció sumamente importante para entender la diversidad de bacterias que se puede encontrar en una persona sana. Mi pregunta es, si desde el área médica, el hecho de comprobar que no existe una única diversidad o abundancia para un microbioma sano, implica un estudio de microbioma previo a un tratamiento personalizado.
Alan Heres Rojas
ReplyDeleteStructure, function and diversity of the healthy human microbiome
La idea general que tenemos acerca de nuestro cuerpo es que se trata de un conjunto de células especializadas las cuales constituyen a nuestro tejidos, sistemas y órganos y que estos solo interaccionan entre sí. Sin embargo, recientemente entendemos que nuestro cuerpo no solo está compuesto por las células propias sino que contamos con una amplia variedad de diferentes microorganismos que son parte de nuestro organismo o que habitan en él, y que estos habitantes pueden cumplir ciertas funciones indispensables para nuestra propia supervivencia y salud.
Las interacciones entre el humano y su microbioma aún siguen siendo un tema en proceso de construcción, es decir, sabemos muy poco acerca de estas interacciones, por ejemplo, actualmente la mayoría de los estudios o proyectos (por ejemplo el proyecto microbioma humano) encaminado a en entender las implicaciones evolutivas y ecológicas del humano y su microbioma se enfocan en un solo grupo de organismos; los procariontes, dejando de lado a otros grupos tales como, hongos, protozoarios, e incluso virus. Sin duda una de las razones de esto es que en realidad y a pesar de lo que pensamos, sabemos muy poco de la biología de estos grupos, en particular de la ecología y evolución de las interacciones entre todos ellos y con nosotros, también hay que tener en cuenta que la mayoría de los estudios acerca del microbioma humano han sido posibles gracias al desarrollo de nuevas técnicas moleculares dígase las ciencias ómicas, por ejemplo, la metagenómica, y tomando en cuenta que los procariontes son más “sencillos” en cuanto a su composición genómica, los análisis metagenómicos son relativamente menos complicados en este grupo que en los otros.
Anteriormente, los métodos de estudio tradicionales para identificar microorganismos relacionados con el cuerpo humano consistían en aislar a los microorganismos del cuerpo humano y cultivarlos en laboratorio en condiciones axénicas y pocas veces en cultivos de más de dos especies. A pesar de la identificación diferentes especies bajo este esquema estos análisis se quedan cortos en cuanto al poder de “resolución” que ofrecen los análisis metagenómicos ya que con estos análisis es posible tener varios conjuntos de información, por ejemplo, se puede conocer diferentes genes involucrados en distintas rutas metabólicas, es posible establecer la composición o estructura de las comunidades microbianas (en términos de diversidad biológica y sus respectivos índices) asociadas al cuerpo humano incluso en regiones particulares de este, como el tracto digestivo y ciertas zonas de la piel.
Aunado a los análisis metagenómicos se sabe que, existe una amplia diversidad de microorganismos (procariontes), y que esta diversidad se debe a múltiples factores tales como; la dieta, el contexto ambiental (entendidos como los componentes étnicos y culturales) en el que se desarrolla el individuo en cuestión, la propia genética del hospedero, la exposición temprana a los microorganismos entre otros. También se sabe que cada región corpórea tiene una comunidad microbiana particular, de hecho, hay grupos de organismos que presentan una alta especialización a los diversos nichos del cuerpo humano y estos solo son encontrados en esos nichos particulares. También se ha observado que existe una variación en cuanto a la estructura y composición del microbioma dentro de cada individuo pero existe una mayor variación entre individuos por lo cual es difícil hacer generalizaciones de la diversidad del microbioma humano.
Alejandra Hernández Terán
ReplyDeleteStructure, function and diversity of the healthy human microbiome
The Human Microbiome Project Consortium*
La diversidad de microorganismos en un cuerpo dado puede ser definido como el número y distribución de la abundancia de distintos tipos de organismos que han estado asociados a distintas enfermedades humanas, por ejemplo, baja diversidad en los intestinos está relacionada con obesidad, y alta diversidad en la vagina con vaginosis.
Derivado del Mega-Proyecto del Microbioma Humano, surge este paper en donde los autores evalúan un total de 242 personas en 2 localidades diferentes de Estados Unidos, a los que se les tomaron muestras de saliva, mucosa bucal, encías, paladar, garganta, lengua, placa dental, pliegues, codos internos, orificios nasales, tracto gastrointestinal y vaginal, punto medio y fondo del saco posterior para las mujeres. Se secuenció el gen 16S de todas las muestras con dos tipos de plataformas, 454 que brinda secuencias cortas pero tiene gran cobertura, e Illumina, con secuencias más largas pero en menor número. Se procesaron en el programa QIIME y se analizó la diversidad alfa y beta, para comparar dentro del mismo individuo y entre individuos. Además, se agregó información adicional al secuenciar el metagenoma de las mismas muestras, de forma que se pudiera comparar la diversidad arrojada por el 16S y por el metagenoma en general.
Encuentran que las comunidades microbianas de la cavidad oral y de las heces son especialmente diversas, mientras que la comunidad vaginal es mas bien simple. Se hace evidente además que la división del microbioma en el cuerpo está mediado por el hábitat, lo que indica una alta especialización por parte de los microorganismos a encontrarse en un nicho determinado, esto lo respalda el Análisis de Componentes Principales que realizan en donde se observa como cada uno de los hábitat se separa, es decir, no comparten una cantidad significativa de microorganismos, exceptuando la piel y las fosas nasales donde se observa que si se comparten microorganismos.
Además de esto es interesante que no encuentran ningún taxa que se presente de forma universal. Una de las aseveraciones que me resulta más importante es que mencionan que el hábitat del cuerpo es determinante en los patrones de co-ocurrencia y co-exclusión de los microorganismos, ya que no podemos olvidar que estos microorganismo dentro de su hospedero realizan una dinámica ecológica en la que ocurren interacciones de todo tipo, competencia, comensalismo, simbiosis, y que toda esta dinámica nos afecta de manera directa, ya que dependemos en gran parte de nuestra flora bacteriana para funcionar correctamente. Es impresionante además el hecho de que entre diferentes culturas varíe a tal grado el microbioma que presentan, lo que nos habla de que las actividades culturales tienen gran impacto en la organización y composición de las bacterias que habitan nuestro cuerpo. Desde un punto médico además, podría resultar importante conocer más a fondo la dinámica de estos organismos, y así poder incursionar en técnicas de biocontrol, al conocer cómo pueden llegar a regularse estos microorganismos por la presencia o ausencia de otros.
Luisa Sandner
ReplyDeleteStructure, function and diversity of the healthy human microbiome
The Human Microbiome Project Consortium
Para este enorme trabajo se seleccionaron 242 humanos sanos (129 mujeres y 113 hombres) de entre 18 y 40 años de edad, de dos diferentes sitios geográficos de USA y de varios grupos raciales y étnicos. Se tomaron 4 muestras de piel, 9 de la cavidad oral, 3 de vagina, 1 de las narices y 1 de heces, en un total de 18 hábitats del cuerpo.
Para poder estimar la diversidad, estructura, abundancia y función de las bacterias de cada individuo y de cada sitio del cuerpo se realizaron análisis de secuenciación de sitios variables del 16s rRNA y análisis metagenómicos de funciones y redes metabólicas.
Algunos resultados relevantes de este estudio son: la diversidad α (dentro de muestras en un individuo) es mayor en heces y en la placa supragingival y la menor es en vagina. La diversidad β (entre muestra y entre individuos) la mayor es la de la fosa antecubital y luego la de la vagina y la menor las de la boca. Hicieron un análisis de componentes principales para ver la estructura de las poblaciones y efectivamente se estructuran de acuerdo a las 4 diferentes zonas del cuerpo, solo que la de la nariz y las de la piel no se separan.
Otro de los resultados relevantes es que la diversidad de bacterias varía entre individuos y entre zonas del cuerpo pero las vías metabólicas se mantienen estables entre individuos y entre muestras, solo en el fórnix posterior de la vagina las vías metabólicas varía con respecto a las demás. Este hecho es muy importante ya que no importa que composición bacteriana tengas, lo importante es que se mantengan todas las vías metabólicas para que la comunidad esté estable.
También encontraron que los taxa menos comunes son los más especializados. Al buscar patógenos canónicos no encontraron ninguno, solo un poco más del 0.1% de patógenos oportunistas.
Encontraron que la diversidad de las funciones no está dada solamente a nivel género o especie, sino que también a nivel cepa, esto lo deducen con base al contenido de islas genómicas y pérdida de genes (pérdida de funciones).
Estudiaron algunas redes de interacciones y vieron que la mayoría de ellas estaba relacionada con factores físicos como el pH, la humedad, el oxígeno y también con el sistema inmune del hospedero. Las interacciones de las bacterias de la piel parecen ser las más fuertes, pero las de la cavidad oral las más complejas. Las bacterias de las heces parecen no interactuar.
Luego hicieron algunas correlaciones con los fenotipos de los hospederos, encontrando que las variación más grande en abundancia y diversidad se da entre los diferentes grupos étnicos.
Como conclusión puedo decir que cada individuo tiene su propia constitución microbiana y que faltan aún muchos estudios para poder correlacionar patologías a esta “huella digital microbiana”.
Uno de los temas más discutidos actualmente es la interacción de la microbiota con sus hospederos, de gran interés es definir el microbioma humano. Caracterizar el microbioma en condiciones de buena salud y en presencia de patologías específicas pretende dar luz sobre la existencia de un papel de la microbiota en la incidencia de enfermedades y en el desarrollo de las mismas. Con este fin surge el consorcio del proyecto microbioma humano. Como parte de este proyecto, el artículo revisado explora el microbioma en 248 individuos saludables. Se toman muestras de 15 lugares representativos del cuerpo, para relizar metagenómica funcional y sistemática, con el fin de caracterizar la microbiota del ser humano sano.
ReplyDeleteEl proyecto arroja resultados sumamente interesantes, el primero de ellos demuestra que la diversidad bacteriana es más restingida entre individuos que entre sitios muestreados, hecho que puede reflejar la presencia de un microbioma común, y quizá necesario, en todos los seres humanos. Además, la mayor diversidad alfa implica que los sitios del cuerpo están bien diferenciados en cuanto a las poblaciones que son capaces de albergar, esto quizá debido al microambiente que cada uno de ellos posee.
Posiblemente el resultado más impactante del estudio sea el análisis funcional versus sistemático de la poblaciones microbianas en los diferentes individuos. Este análisis arroja tres hechos sumamente reelevantes e inesperados: no existe un sólo taxa representado en todos los individuos; ésto deriva en que la distribución de taxas entre los individuos es sumamente variable. Sin embargo, pese a esta variación taxonómica, el análisis funcional muestra que independientemente del individuo y del sitio explorado, las vías metabólicas presentes se encuentran muy bien conservadas. Probando que las comunidades se estructuran siguiendo una jerarquía funcional y no una taxonómica.
Dado que el objetivo del estudio es caracterizar el microbioma "sano" es de importancia mayor inquirir sobre la presencia y la abundancia relativa de bacterias patógenas en los individuos sanos. A fin de resolver esto, los autores analizan específicamente patógenos definidos como de importancia médica por distintas instituciones de salud; varios de estos patógenos fueron encontrados en las secuencias obtenidas, no obstante se les hayó en densidades muy bajas y con prevalencia escasa. De los patógenos encontrados buena parte se consideran oportunistas, es posible pensar que sus abundancia incrementa, generando enfermedades, cuando se dan desbalances en la microbiota basal.
Un último resultado que llama la atención hace evidentes diferencias de acuerdo a la raza de los individuos muestreados. Este se debe tomar con cuidado ya que pese a estudiar individuos etnicamente diferentes, hay que recordar que todos son habitantes de Estados Unidos y que actualmente es poco probable que conserven todas las características culturales que los clasifican como razas distintas; sin embargo también es posible que mayor o menor medida sí conserven hábitos alimenticios o de higiene particulares de los que deriven las diferencias.
En conjunto, los resultados de este extenso análisis son preámbulo a futuros estudios sobre la interacción humano-bacteia, y ya muestran la existencia de una relación estrecha y de importancia entre los humanos y nuestros habitantes microscópicos.