Somos un micro universo tamaño macroscópico, pero a escala.
El microbioma.
El organismo de los humanos, y en general todas las especies multicelulares, no están completamente solos en el transcurso de su existencia.
En la etapa anterior al descubrimiento de las condiciones microscópicas, era imposible para nuestros antepasados imaginar siquiera el “universo” que contenía el cuerpo humano.
Ilustración sobre el “Microbioma del suelo. Tomada de Madrimasd.
En la actualidad, con los avances científicos y tecnológicos, tenemos nuevos puntos de vista, se miran las cosas desde ángulos de reciente factura.
A hoy se sabe que hay una gran cantidad de pequeños habitantes en el organismo de los seres vivos, en los seres humanos la investigación, por razones obvias, ha progresado enormemente.
Ilustración sobre las “microbiotas” de los animales rumiantes, y sus factores de variabilidad. Tomada de NutriNews
A este componente se le ha llamado “microbioma”, es entonces, el conjunto de los microbios y sus genes que viven en el cuerpo de su huésped.
La Microbiología es la ciencia, que realiza el estudio de los microbios existentes y una de sus ramas se encarga del microbioma, se ha desarrollado para cubrir el estudio de microorganismos alojados en las diferentes partes del cuerpo, los que presentan características muy especiales y composición estructural de fuerte complejidad.
Enlas “Instituciones Nacionales de la Salud” (National Institutes of Health, NIH) existe el Proyecto del Microbioma Humano (en inglés Human Microbiome Project “HMP”), este es un programa de que pretende dar respuestas a las preguntas existentes acerca del comportamiento de los microorganismos no patógenos en el cuerpo humano.
El “microbioma” es único de cada individuo. Tiene diversos detonadores de su composición, dependerá de la dieta, del grado de obesidad, de la inmunidad, así como de la genética del individuo, del tipo de vida, del medio ambiente en que se desarrolle la existencia, etc.
Se sabe que la comunidad de bacterias en una persona determinada, parece no modificarse mucho a lo largo del tiempo, así que siendo un agente identificador de la persona presenta un esquema de continuidad a lo largo de su existencia.
El “microbioma” humano constituye una parte importante del organismo, pero hasta hoy es cuándo se inicia su estudio con profundidad y buscando primordialmente encontrar cúal es su influencia en la fisiología y funciones en el cuerpo.
Simplemente en la piel, podemos encontrar un inmenso número de microorganismos, principalmente bacterias, una gran variedad . En cada centímetro cuadrado de la superficie de la piel, se estima, hay unas diez mil bacterias.
Si se observa a mayor profundidad encontramos, por ejemplo, al nivel de los folículos pilosos, que el número de huéspedes crece y alcanza aproximadamente el millón de bacterias por centímetro cuadrado.
Si además se incluyen aquellos microorganismos que viven en la boca, la nariz, el tracto digestivo y los genitales, se llegará a una cifra aún más sorprendente: se calcula que el organismo humano alberga unos 100 billones (cien millones de millones) de microorganismos.
Debido a que son mucho más pequeños que una célula, esos inquilinos aportan sólo del uno al tres por ciento de nuestra masa corporal: se ha calculado que un individuo de setenta kilogramos de peso lleva a cuestas, en la piel y en las entrañas entre setecientos gramos y dos kilogramos de bacterias.
Los "Filos" de bacterias dominantes en el microbioma humano.
Las bacterias se definen como microorganismos procariontes (es decir, que no tienen núcleo), su única célula de tamaño microscópico mide apenas unos cuantos micrómetros y contienen ambos tipos de ácidos nucleicos, tanto, el desoxirribonucleico “ADN”, como el ribonucleico “ARN”.
Se ha encontrado que el microbioma humano está compuesto por cuatro filos de bacterias, estos son:
Actinobacteria: Este tipo de familia pertenece al grupo “Gram Positivas” encargadas de la descomposición de materiales orgánicos, tales como la celulosa y la quitina. Además son de gran interés farmacobiológico y comercial debido a que son productoras de metabólicos secundarios.
Bacteroidetes: Se localizan en el tubo digestivo como saprofitos (organismos que obtienen su energía de materia orgánica muerta o de los desechos generados por los seres vivos). Son microorganismo con forma de bastón.
Firmicutes: Son todas las bacterias “Gram-Positivas” con pared celular gruesa. Tienen forma de coco o bacilo. Producen endosporas que las hacen resistentes a la desecación.
Proteobacteria: Representan en la actualidad el grupo más diverso de bacterias, son de suma importancia pues se han secuenciado más de 258 genomas que han sido cruciales para la elaboración de medicamentos.
Ilustración del “microbioma humano instestinal”. Tomada de Sabores de Teruel.es.
Estas bacterias tienen funciones específicas en nuestro cuerpo, favorece a que existan un equilibrio y evitan enfermedades en el organismo huésped, algunas de estas funcione son:
- Convertir glicanos (polisacáridos) de la leche en proteínas digestibles.
- Reducir carbohidratos en moléculas de ácidos grasos, que pueden pasar por la pared del intestino al sistema sanguíneo.
- Producir las vitaminas B2, B12 y el ácido fólico.
- Ayudar en el proceso de adelgazamiento al suprimir la producción de una hormona que facilita el almacenamiento de grasa.
El primer contacto hacia el desarrollo del microbioma es la vía de nacimiento (parto o cesárea), después el tipo de alimentación que se recibe (leche materna o de fórmula química), teniendo múltiples variaciones. Al finalizar el primer año de vida, el “microbioma” alojado en los intestinos toma característica del tipo adulto.
La falta de exposición a microorganismos en el primer año de edad o los cambios en la composición de la “microbiota intestinal” por diversos factores se relaciona con el desarrollo de ciertas enfermedades intestinales y extra. Hay mucha verdad cuando se dice que el pequeño está creando defensas.
Uno de los avances sobre cómo erradicar problemas de salud es el que se basa en el tratamiento de exposición a microbios.
Se ha logrado mediante: “probióticos”, que minimizan las molestias generadas por problemas gastrointestinales y refuerzan las defensas naturales del organismo. Resultan apropiados para el tratamiento de diarrea, estreñimiento y síndrome de colon irritable.
También se encuentran los llamados “prebióticos”, que previenen infecciones y estimulan la producción de fagocitos, estimulando las funciones protectoras del sistema digestivo, son moduladores del sistema, que están contenidos principalmente en los alimentos, nos traen efectos beneficiosos para la salud, coadyuvan en la prevención y alivio de múltiples enfermedades.
Por último están los “simbióticos”, una mezcla de probióticos y prebióticos.
En mi recorrido por las publicaciones especializadas en asuntos como el presente encontré la Revista ¿Cómo Ves? de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), que en su número 167, correspondiente al mes de octubre de 2012, explica lo concerniente a:
“El cuerpo humano es un territorio mucho más densamente poblado que una metrópoli como la Ciudad de México, en la que habitan unas 5,900 personas por kilómetro cuadrado.
Sin pasar de la piel, en nuestro cuerpo podemos encontrar una gran variedad y un inmenso número de microorganismos, principalmente bacterias. En cada centímetro cuadrado de la superficie de la piel hay unas diez mil bacterias.
Si tomamos una muestra más profunda, por ejemplo al nivel de los folículos pilosos, encontraremos aproximadamente un millón de bacterias por centímetro cuadrado.
Al añadir los microorganismos que viven en la boca, la nariz, el tracto digestivo y los genitales, obtenemos una cifra aún más sorprendente: se estima que el organismo humano alberga unos cien billones (esto es cien millones de millones) de microorganismos.”
Es difícil visualizar la magnitud de esta cifra. Pongámosla en perspectiva: este número equivale a tres veces el número total de células humanas de tu organismo, el cual según el estudio que lideró Eva Bianconi investigadora con doctorado en Ciencia Farmacológica, Toxicología y Desarrollo y Evolución Humana, que es la Titular del Laboratorio Médico Experimental de Especialidad de Diagnostico de la “Universidad de Bologna”, con su equipo formado por Allison Piovesan, Federica Facchin, Alina Beraudi, Raffaella Casadei, Flavia Frabetti, Lorenza Vitale, Maria Chiara Pelleri, Simone Tassani, Francesco Piva, Soledad Perez – Amodio y PierLuigi Strippoli ( Publicado el cinco de julio de 2013, como “Una estimación de el número de células en el cuerpo humano”, contenido en “Los Anales de la Biología Humana”40, 6; páginas 463 – 471.), un ser humano en promedio poseé: 37’’200,000’000,000 billones de células.
Aclararon que este número está contenido en un ser humano de 30 años de edad, con un peso de 69.850 kilogramos (154 libras) de peso, 1.67 metros (5 pies 7 pulgadas) de estatura, y una superficie corpórea de 3 metros cuadrados (20 pies cuadrados).
Vemos entonces que las células de nuestro organismo, suman alrededor de 37.2 billones, de pequeños entes vivos, con un gama muy grande de características, pero, eso si, todas comparten el contenido genético que nos identifica individualmente.
De regreso al contenido de la revista:
“No obstante, debido a que son mucho más pequeños que una célula, los inquilinos aportan sólo del uno al tres por ciento de nuestra masa corporal.
Cabe aclarar que los microbios benignos que nos habitan cumplen con una variedad muy amplia de funciones indispensables para nuestra supervivencia y nuestra salud. Recientemente se publicó el catálogo más completo hasta ahora de estos microorganismos y los genes útiles que aportan.
Metagenómica.
Los humanos estamos, pues, atiborrados de bacterias, pero no hay motivos para alarmarse ni ir corriendo al médico, pues estos microbios no son dañinos. Al contrario: las numerosas y diversas comunidades de bacterias que habitan en el cuerpo de una persona común cumplen funciones benéficas e importantes para la vida y la salud. Entre ellas está la de algunas que nos ayudan a controlar las poblaciones de microorganismos patógenos; esto es, causantes de enfermedades, que también llevamos en el cuerpo.
Desde hace unos años, esas comunidades bacterianas empezaron a verse como auténticos ecosistemas. Un ejemplo es el artículo publicado en la revista “Journal of Investigative Dermatology Symposium Proceedings” en 2001, del investigador David N. Fredricks, de la Escuela de Medicina de la Universidad de Stanford. Él señala que el ecosistema del suelo es una buena analogía del ecosistema de la piel humana y que en este último hay múltiples nichos: “la axila puede ser tan diferente del tronco como una selva tropical de un desierto”.
Pero, ¿cómo conocer la identidad y fisiología de nuestras bacterias, si son tan numerosas y variadas? El método tradicional para identificar y estudiar microorganismos relacionados con el cuerpo humano ha sido aislar o separar las bacterias de las muestras y cultivarlas en el laboratorio.
Así se ha logrado identificar cientos de especies de bacterias tanto benéficas como patógenas. Pero dada la enorme cantidad de especies bacterianas que existen, esa labor puede resultar lenta y costosa. Además, no es sencillo determinar cuáles son las condiciones óptimas de cultivo, como temperatura y tipo de nutrientes, que las bacterias requieren.
Se estima que de todas las especies de bacterias que existen en el planeta, se han cultivado menos del uno por ciento. Y esta cifra podría ser similar en lo que respecta a las bacterias de nuestro cuerpo.
Por fortuna, ya contamos con técnicas que permiten analizar muestras de comunidades de organismos sin tener que cultivarlos por separado. En vez de identificar bacterias al microscopio o a partir de las sustancias que desechan, se analizan los genes que contiene una muestra mezclada de microorganismos y tejido humano.
Estas nuevas técnicas —parecidas a las que se emplearon para descifrar el genoma humano, la secuencia de letras genéticas que forman nuestro ADN—, se utilizan en una joven área de investigación llamada “metagenómica” (ver ¿Cómo ves? No. 37).
En ella se inscribe el “Proyecto del Microbioma Humano” (PMH), que el pasado junio dio a conocer la recuperación e identificación de más de cinco millones de genes bacterianos que estaban mezclados con los humanos.
El término microbioma lo acuñó en 2001 Joshua Lederberg (1925 - 2008), biólogo molecular que fue uno de los tres investigadores que obtuvieron en 1958 el Premio Nobel de Medicina; a él se lo otorgaron por sus estudios genéticos en bacterias.
Originalmente, “microbioma” se refería al conjunto de genes de nuestros microorganismos comensales que forman la “microbiota”, pero hoy en día ambos términos se usan como sinónimos.
El PMH es un programa de investigación que se inició en 2007 con el objetivo de construir un catálogo o mapa genético de los microorganismos que pueblan el cuerpo de un adulto saludable.
Lo opera un consorcio de 250 científicos de casi 80 centros de investigación de Estados Unidos coordinados por los Institutos Nacionales de Salud de ese país.
El PMH publicó sus hallazgos en una serie de artículos en la revista “Naturey en revistas de la Biblioteca Pública de Ciencia” (PLoS, por sus siglas en inglés).
Los científicos del proyecto obtuvieron un catálogo del material genético de bacterias, virus y otros microorganismos tomados de partes distintas del cuerpo de 242 voluntarios sanos (129 hombres y 113 mujeres). Las muestras provenían de la mucosa de la boca, la lengua, el paladar, la faringe, las anginas, las encías, la parte posterior de las orejas, las axilas, la parte interior del codo, la nariz y distintas partes de la región vaginal en las mujeres. También se tomaron muestras de excremento para estudiar los microorganismos del tracto digestivo.
En palabras de los autores de los artículos del PMH, los datos obtenidos en conjunto representan el mayor recurso hasta ahora “que describe la abundancia y variedad del microbioma humano, al tiempo que proporciona un marco de referencia para estudios actuales y futuros”.
Hoy el tema se ha actualizado, el miércoles 14 de agosto de 2019, Europa Press, en un contenido publicado por el periódico “La Jornada”, nos dijo:
Hay más genes en el microbioma humano que en estrellas observables.
Ilustración Científicos analizaron el ADN de 3,500 muestras de microbioma humano, provenientes de la boca de las personas y su intestino (imagen). Tomada de Cofa.org.a
Científicos de la Escuela de Medicina de Harvard y el Centro de Diabetes Joslin, ambos norteamericanos, han calculado la cantidad de genes que hay en el microbiomade una persona y, según publican este miércoles en la revista “Cell Host & Microbe”, han llegado a la conclusión de que puede haber más genes en el microbioma humano colectivo que estrellas en el universo observable.
Los astrónomos han calculado que hay alrededor de mil millones de billones de estrellas con lo que, si se comparan las cifras y se confirma que al menos la mitad de estos genes parecen ser únicos para cada individuo, la diversidad resultante supera con creces las expectativas de los investigadores.
Se estima que la investigación es el análisis más grande de su tipo hasta la fecha y el primero en incluir muestras de ADN de bacterias que residen tanto en la boca como en el intestino. Estudios anteriores se han centrado en uno u otro. Aun así, el trabajo supone solo el comienzo de los esfuerzos para analizar todo el genoma del microbioma humano.
"El nuestro es un estudio de entrada, el primer paso en lo que probablemente será un largo viaje hacia la comprensión de cómo las diferencias en el contenido de genes impulsan el comportamiento microbiano y modifican el riesgo de enfermedad", dice el primer autor del estudio, el doctor Braden Tierney, un estudiante del post doctorado, graduado de la Facultad de Medicina de Harvard.
Los científicos estiman que el microbioma humano contiene billones de bacterias, la mayoría de ellas inofensivas, muchas beneficiosas y algunas que causan enfermedades. La creciente evidencia ha revelado el papel de estos microbios como poderosos moduladores de la enfermedad y la salud.
Los cambios tanto en el recuento como en el contenido bacteriano se han relacionado con el desarrollo de afecciones que van desde la caries dental y las infecciones intestinales hasta las más graves, como la enfermedad inflamatoria intestinal crónica, la diabetes y la esclerosis múltiple.
La mayor parte de la investigación hasta la fecha se ha centrado en mapear los tipos de bacterias que habitan nuestros cuerpos en un esfuerzo por determinar la presencia de una especie bacteriana determinada y cómo podría afectar el riesgo de enfermedad. Por el contrario, la nueva investigación profundiza mucho más, observando los genes que componen las diversas especies y cepas microbianas.
"Al igual que no hay dos hermanos genéticamente idénticos, tampoco hay dos cepas bacterianas genéticamente idénticas --dice el coautor principal del estudio, Chirag Patel, profesor asistente de informática biomédica en el Instituto Blavatnik de la Facultad de Medicina de Harvard--. Dos miembros de la misma cepa bacteriana podrían tener una composición genética marcadamente diferente, por lo que la información sobre especies bacterianas por sí sola podría enmascarar las diferencias críticas que surgen de la variación genética".
La catalogación del conjunto de genes microbianos podría informar el diseño de tratamientos dirigidos con precisión, según el coautor principal del estudio Alex Kostic, profesor asistente de microbiología en la Facultad de Medicina de Harvard e investigador en el Centro de Diabetes Joslin.
"Tales terapias estrechamente dirigidas se basarían en la composición genética microbiana única de una persona en lugar de solo en el tipo bacteriano", dice Kostic.
En el estudio, los investigadores se propusieron estimar el tamaño del universo de genes microbianos en el cuerpo humano, reuniendo todos los datos de secuenciación de ADN disponibles públicamente en microbiomas orales e intestinales humanos.
En total, analizaron el ADN de unas 3 mil 500 muestras de microbioma humano, de las cuales más de mil 400 se obtuvieron de la boca de las personas y 2 mil 100 de su intestino.
Los investigadores encontraron que había casi 46 millones de genes bacterianos en las 3 mil 500 muestras, alrededor de veinticuatro millones en el microbioma oral y veintidos millones en el microbioma intestinal.
Genes solterones.
Más de la mitad de todos los genes bacterianos (veintitres millones) fueron encontrados solo una vez, lo que los hace únicos para el individuo.
Los investigadores denominaron a estos genes únicos “solterones”. De los 23 millones de “solterones”, 11.8 millones provienen de muestras orales y 12.6 millones provienen de muestras intestinales.
Para agravar la intriga, estos genes únicos también parecían comportarse de manera diferente a otros genes, según observaron los investigadores: realizaban diferentes funciones.
Los genes comúnmente compartidos, según el análisis, parecían estar involucrados en funciones más o menos básicas, críticas para la supervivencia diaria de un microbio, como el consumo y la descomposición de enzimas, la conversión de energía y el metabolismo.
Los genes únicos, por el contrario, tienden a realizar funciones más especializadas, como ganar resistencia contra los antibióticos y otras presiones y ayudar a construir la pared celular protectora de un microbio, que lo protege de ataques externos.
Imagen de Bacterias resistentes de estudio del Instituto Politécnico Nacional. Tomada de “la Jornada de Oriente.
Este hallazgo, dice el equipo, sugiere que los genes “solterones” son partes clave del “kit de supervivencia evolutiva” de un microbio.
"Algunos de estos genes únicos parecen ser importantes para resolver los desafíos evolutivos --dice Tierney--. Si un microbio necesita volverse resistente a un antibiótico debido a la exposición a medicamentos o de repente enfrenta una nueva presión selectiva, los genes “solterones” pueden ser la fuente de la diversidad genética de la que el microbio puede extraer medios para adaptarse".
Los investigadores creen que hay al menos dos factores importantes en esta variación genética. Uno es la tendencia de los microbios a intercambiar libremente material de ADN con sus vecinos, un fenómeno conocido como transferencia horizontal de genes.
Para probar esta hipótesis, los investigadores realizaron un tipo especial de análisis que detecta el contenido molecular compartido entre dos organismos. Para su sorpresa, encontraron poca evidencia de que la transferencia horizontal de genes fuera una fuente principal de singularidad genética.
De hecho, menos del uno por ciento de los genes únicos detectados en muestras orales y poco menos del dos por ciento de los que se encuentran en el intestino parecen haber surgido a través de este intercambio genético vecino.
Por lo tanto, los investigadores plantean la hipótesis de que otro impulsor más poderoso de la diversidad genética podría ser la capacidad de las bacterias para evolucionar su ADN rápidamente en respuesta a los cambios en el entorno del huésped.
El estudio actual no fue diseñado para detectar los cambios ambientales precisos que impulsan esta variación, pero los ejemplos de tales cambios pueden incluir qué tipo de alimentos consume una persona, qué medicamentos usa, las elecciones de estilo de vida que toma, qué exposiciones ambientales encuentran y cualquier cambios fisiológicos en el huésped, incluida la regulación positiva y negativa en varios genes del huésped o si una persona desarrolla una enfermedad.
Así, según los cálculos los genes que conforman el microbioma humano colectivo podrían rondar los 232 millones. Sin embargo, otra estimación arroja un número comparable al número de átomos en el universo. De hecho, el número verdadero puede ser desconocido, dice Patel. "Sea el que sea, esperamos que nuestro catálogo, junto con una aplicación web de búsqueda, tenga muchos usos prácticos y genere muchas direcciones de investigación en el campo de las relaciones entre el huésped y el microbio", desea el investigador.
Es por tanto, mucho mayor el número de seres vivos que rodean a la vida multicelular, de la que nos hubiéramos podido imaginar.
Ilustración “Raíz microbioma”, que muestra Plantas que reclutan bacterias particulares para sus microbiomas de raíz y se tornan mucho mas resistentes a la sequía que sus compañeros. Tomada de “mxBlastingnews.com”
Eso nos lleva a replantear los pasos más importantes que la naturaleza ha seguido en el armado de la vida, sus avances en el desarrollo de la funcionalidad, cada vez más compleja y coincidiremos en señalar la importancia que la multicelularidad ha jugado.
Pasar de la vida unicelular a la agrupación en colonias y después la especialización de órganos para funciones específicas, en los cuerpos multicelulares. Eso sin considerar en pleno, la formación de células eucariontes y de dividirles, por ejemplo, entre plantas, y su genial fotosíntesis, y animales, con la posibilidad de depredar el genial invento de lo fotosintético.
De la invención: de su complejidad y con ella el sexo, el movimiento, los métodos de percepción con la visión, como el último aporte, la sangre caliente y su maravilloso metabolismo y finalmente: la conciencia, cuyo material nos ocupa sin que se tenga la explicación completa de su conformación, su misteriosa metodología de trabajo y apenas nos imaginemos sus alcances y removemos sus límites con los descubrimientos recientes.
¿Cuál fue su origen?, y
¿Cómo explicar ese estado de subjetividad implícito en la mente?
¿Cómo pudo el cerebro generar emociones, sentimientos, ideas?
Mark Twain pensaba que la principal diferencia entre realidad y ficción, es que esta última debería parecer real. Mientras que la realidad se puede tomar grandes libertades. Los descubrimientos científicos confirman lo correcto de ese pensamiento.
Y yo aquí como testigo, con todos ustedes de compañeros de aventura.
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