Explorar la vida microbiana
Cada animal se considera un ecosistema en sí mismo, colonizado por la microbiota en órganos como la piel y el intestino. Junto con el hospedador, estas comunidades microbianas forman lo que los científicos denominan el holobioma. Comprender las interacciones entre estos microorganismos comensales y con el hospedador es fundamental para la salud, el bienestar y la producción animal. Los métodos tradicionales de estudio de las interacciones entre el hospedador y la microbiota se centran en la identificación de los microbios, pero pasan por alto un parámetro importante: la ubicación precisa de la microbiota dentro del hospedador, su proximidad a los nutrientes y a los competidores. Todo ello puede tener consecuencias importantes sobre el comportamiento y la interacción de los microbios. Por lo tanto, es necesario desvelar el contexto espacial de las bacterias y las biomoléculas en los tejidos.
Integrar las tecnologías ómicas
Para entender cómo interactúan los microbios entre sí y con el hospedador, el equipo del proyecto 3D-omics(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, se propuso utilizar una combinación de métodos ómicos(se abrirá en una nueva ventana), herramientas que analizan genes, proteínas y sustancias químicas del organismo. Al cartografiar esta información en 3D, el equipo quería ver no solo lo que ocurre en el intestino, sino dónde ocurre exactamente. Según el coordinador del proyecto, Antonio Parodi: «Mediante la integración de múltiples datos ómicos del hospedador y los microbios podemos ir más allá de la simple catalogación de qué organismos están presentes y empezar a entender lo que cada uno de estos organismos está haciendo y cómo interactúan». Observando qué genes se activan, qué proteínas se sintetizan y qué pequeñas moléculas están presentes, los científicos pueden obtener información sobre cómo los microbios y el hospedador se influyen mutuamente. Cuando se combinan, estas capas de información proporcionan una imagen más clara de cómo estas relaciones repercuten en la salud animal.
Análisis de microbios en 3D
Cada tipo de análisis ómico requiere sus propios protocolos de preparación y procesamiento de muestras, lo que dificulta la combinación de los resultados. Además, muchas bases de datos de referencia suelen carecer de la información esencial sobre la función de los genes microbianos. Para complicar aún más las cosas, los hospedadores y los microbios están regulados de forma diferencial, y los metabolitos microbianos pueden afectar a partes del cuerpo alejadas de su lugar de producción. Para resolver estos problemas, el consorcio fue pionero en un nuevo método denominado metagenómica espacial a microescala (MSSM, por sus siglas en inglés). A diferencia de la ómica convencional, que requiere grandes cantidades de material e ignora la estructura tridimensional, la MSSM identifica qué microbios, genes y funciones están presentes en cuadrículas de veinticinco micrómetros de ancho. Esto permite a los investigadores saber exactamente qué cepas se asocian con las especies probióticas, o cómo se posicionan patógenos como la «Salmonella» cerca de los tejidos del hospedador.
Convertir los mapas microbianos en información útil
El equipo de 3D-omics ha aplicado la plataforma MSSM para mejorar la producción ganadera, sacando a la luz cómo interactúan las cepas específicas con los microbios nativos del intestino y dónde colonizan. Esta información en 3D permite a los investigadores determinar cómo se agrupan los microbios en torno a nutrientes específicos, como las fibras, que se añaden a los piensos para favorecer el metabolismo y la función inmunitaria. La MSSM proporciona información sobre dónde se produce la degradación de las fibras y qué microbios trabajan juntos, lo que permite diseñar mezclas de fibras y suplementos específicos que favorezcan los ecosistemas intestinales beneficiosos de manera más eficaz. «Nuestra tecnología de análisis del microbioma a microescala puede aplicarse a cualquier ecosistema microbiano complejo», destaca Alberdi. El equipo está ampliando su investigación a la salud humana para predecir qué comunidades microbianas prosperarán con dietas o tratamientos específicos. En el futuro, el método de 3D-omics podría ayudar a adaptar las terapias probióticas a pacientes individuales o razas de ganado teniendo en cuenta las estructuras espaciales específicas de su microbiota intestinal.
