Del genoma al metagenoma


Descifrar los códigos genéticos de las bacterias de nuestro organismo aportaría nuevas claves en el conocimiento de enfermedades como la obesidad

La secuenciación del Genoma Humano, completado en abril de 2003, ha abierto la puerta a otro proyecto, si cabe, aún más ambicioso: la secuenciación del metagenoma, es decir, de todos los genes de los microorganismos que alberga el cuerpo humano. La mayor parte de esas bacterias (entre un 90% y un 95%) se encuentran en el tracto digestivo y el resto (el 5%) en piel y mucosas. Una de las aspiraciones de la comunidad científica es explicar cuáles son sus funciones.

Metagenoma y microbioma

Cada individuo tiene hasta 10 veces más bacterias que células propias -que contienen, a su vez, todos los genes que el individuo ha heredado de sus progenitores-, de modo que una persona viva tiene 10 billones de células y, con ellas, viven 100 billones de microorganismos -que son seres vivos asociados y que tienen sus propios genes. «El metagenoma son los genes de las bacterias que viven con nosotros de un modo íntimo», explica Francisco Guarner, jefe de sección en el Servicio de Aparato Digestivo del Hospital Universitario del Vall dHebrón, de Barcelona.

El microbioma es otro modo de hablar del metagenoma. «El microbioma es el conjunto de genes de los microbios que conviven con el ser humano, mientras que el metagenoma son los genes que trabajan para el ser humano, pero que no son genes humanos», añade Guarner. En realidad, ambos conceptos podrían utilizarse como sinónimos, aunque entre los dos media un pequeño matiz semántico.

La gran duda que intentan resolver la comunidad científica se centra en conocer qué están haciendo estas bacterias en nuestro organismo
En experimentos con animales mamíferos (ratas o ratones) se ha visto que hay individuos capaces de sobrevivir sin bacterias. Estos animales nacen en condiciones estériles, por cesárea; viven en un ámbito estéril y reciben la comida estéril, de modo que no tienen contacto con las bacterias. Gracias a estos experimentos se ha comprobado que los animales que viven solos -sin bacterias- son de menor tamaño, a pesar de que necesitan consumir más comida (aprovechan menos lo que comen). Pero, sobre todo, llama la atención que no desarrollan tanto su sistema inmune, de forma que tienen pocos linfocitos y niveles bajos de inmunoglobulinas.

Estos resultados han permitido comprender que las bacterias conviven con el ser humano «de modo generoso; sabemos que intervienen en el desarrollo corporal, que menos cantidad de comida la aprovechamos más y que influyen en el sistema inmune», afirma Guarner. Pero, a pesar de estos conocimientos generales, no es fácil determinar qué hace cada gen y cada bacteria.

¿Qué buscan los científicos?
El objetivo de los científicos es averiguar qué hace exactamente cada gen de esos 100 billones de bacterias del organismo. Actualmente, se desconocen entre el 60% y el 80% de las bacterias que conviven con el ser humano, sus «nombres y apellidos». La causa de este desconocimiento es que no se pueden cultivar y reproducir en el laboratorio para estudiarlas. Aunque el interés científico actual no se centra tanto en efectuar un censo de esas bacterias, sino en conocer qué están haciendo en nuestro organismo. Ésta es la gran duda que se pretende resolver.

Por eso, el planteamiento de las investigaciones consiste en secuenciar sus genes, es decir, saber en qué orden se encuentran las bases de aminoácidos que conforman los genes y, una vez secuenciados, buscar en bases de datos científicas a qué proteínas corresponde. Puesto que cada gen codifica una proteína y cada proteína tiene una función, ésta es la forma en que los investigadores pretenden averiguar cuáles son las funciones de las bacterias que conviven con el ser humano. Para conseguirlo, se deberá realizar un trabajo bioinformático muy complejo.

El esfuerzo de secuenciación que exigirá este proyecto del microbioma es mayor que el del proyecto Genoma Humano. «En ese caso se pensó que habría entre 50.000 y 100.000 genes aunque, finalmente, se ha visto que el ser humano reúne menos de 30.000. Pero, en el caso de los genes de todos los microbios humanos, la estimación es que habrá cuatro millones», cuenta Guarner.

Desde el proyecto Genoma Humano, la tecnología disponible para secuenciar el metagenoma ha experimentado notables mejoras y se dispone de equipos y sistemas mucho más potentes capaces de realizar una secuenciación automática del material genético.

Proyecto MetaHIT

– Imagen: NIAID –
En Europa, se han implicado en este ambicioso proyecto, llamado MetaHIT, 11 grupos de investigación, entre los cuales el único representante de España es el grupo que dirige Francisco Guarner, del Valle de Hebrón. Su grupo, junto a UCB Pharma S.A., forma parte de esta investigación, que ha recibido 11,4 millones del séptimo Programa Marco de la Comisión Europea para investigar el microbioma humano. MetaHIT ha arrancado el pasado mes de abril y tiene una duración prevista de cuatro años.

Los otros grupos europeos participantes son de Francia (que tiene dos), Dinamarca, Italia, Alemania, Holanda, Dinamarca, Reino Unido y Bélgica, a los que cabe sumar uno de China. Más adelante, es posible que se adhieran también otros grupos de Japón, Singapur, Canadá y Australia.

Los científicos creen posible descubrir algunos defectos en el microbioma asociados a la enfermedad inflamatoria intestinal
En paralelo, además, se está desarrollando otro proyecto, en el que se enmarca MetaHIT, de mayor envergadura y liderado por un consorcio internacional. Es el denominado The International Human Microbiome Project, que constituye un esfuerzo coordinado entre la Dirección General de Investigación de la Comisión Europea, de Bruselas, y el National Institute of Health, dirigido desde Washington. Tanto en Europa como en EE.UU., el 90% del programa está financiado por organismos públicos, aunque también participan algunas industrias farmacéuticas y de la alimentación.

El objetivo de todos ellos es obtener un mapa completo del microbioma humano, para lo cual el proyecto MetaHIT analizará los genes del microflora intestinal; EE.UU., la flora de la cavidad bucal y vaginal; y otros países los microorganismos que se encuentran en la piel.

Una de las aspiraciones del proyecto MetaHIT es que sus hallazgos sean aplicables en dos áreas: la obesidad y la enfermedad inflamatoria intestinal (colitis ulcerosa o enfermedad de Crohn). Es posible que las personas obesas tengan cierta actividad enzimática propia de las bacterias que colonizan el organismo y, en el caso de la enfermedad inflamatoria intestinal, puede que se descubran algunos defectos en el microbioma asociados a esta patología y que no son transmisibles.

OBESIDAD Y ENFERMEDAD INFLAMATORIA INTESTINAL

Para analizar las causas de la obesidad y la enfermedad inflamatoria intestinal, el proyecto MetaHIT tomará muestras de heces de 400 personas voluntarias, sanas -que servirán como controles de la enfermedad- y afectadas por la obesidad o la enfermedad inflamatoria intestinal. La intención es recabar datos para comparar sus microbiomas e intentar explicar, en parte, el origen de estas dos patologías y cómo reducir su riesgo de aparición.

«Si observamos cambios en el microbioma que explican la enfermedad inflamatoria intestinal y el microbioma se puede mejorar, podríamos intervenir para resolver la enfermedad», comenta Guarner. Los participantes en el proyecto MetaHIT deberán obtener muestras de heces y congelarlas inmediatamente. Después, mediante un procedimiento de extracción, los investigadores tomarán de ellas sólo el ADN -donde están contenidos los códigos genéticos.

A continuación, con un procedimiento de amplificación universal, pero específico para bacterias, se obtendrán varias muestras que se secuenciarán en varios centros. Y ese ADN se reconocerá por un procedimiento de bioinformática que permitirá saber qué proteína secuencia cada gen y, al conocer las proteínas, saber cuáles de ellas son enzimas – productos con actividad biológica- y, por lo tanto, qué función tiene cada bacteria.

Con la secuenciación de las primeras muestras -de entre 10 y 20 personas- los científicos elaborarán unas plantillas de unos tres millones de genes que, posteriormente, servirán para analizar el resto de muestras de los voluntarios, para ver si están bien representadas. En caso de no ser así, las plantillas se enriquecerán con datos nuevos hasta obtener un mapa completo del microbioma de nuestra microflora intestinal.

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Categoría: Actualidad Médica.




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