Microbiome in health and disease
Microbioma

¿Amigo o enemigo?

Consiga una descripción general del flujo de trabajo completo
Eche un vistazo al flujo de trabajo completo para investigación de microbioma.
Vea el flujo de trabajo

Amigo o enemigo: Metagenómica en la salud y en la enfermedad

Los cuerpos humanos están colonizados por trillones y trillones de microbios, entre toros, bacterias, arqueas, hongos, protistas y virus. Estos organismos se denominan colectivamente «la microbiota», y están presentes en una cantidad relativa al número de células humanas que va desde una estimación baja de una relación 1:1 a una estimación alta de 10:1. La microbiota humana es increíblemente diversa, con poblaciones microbianas presentes en una multitud de tejidos, sistemas, regiones y líquidos diferentes. De estas, las dos poblaciones mejor caracterizadas y conocidas son la microbiota oral y la intestinal, de las cuales se ha revelado que son cruciales para la homeostasis y la patogénesis.

La microbiota de la cavidad oral se distingue de otras microbiotas específicas de una región en que facilita la patogénesis (caries dentales y periodontitis) en circunstancias normales; por consiguiente, provoca la necesidad de prácticas de higiene oral. Al mismo tiempo, la mera presencia de la microbiota oral inhibe de forma pasiva la colonización por parte de patógenos. De hecho, se ha observado que varias especies residentes ejercen directamente efectos antipatógenos (1). Investigar la microbiota oral a través de la caracterización del microbioma oral es difícil por naturaleza, puesto que la microbiota oral está compuesta de al menos 700 especies de microbios (2). Además, la cavidad oral se expone constantemente a entornos externos y medios microbianos, ya sea el consumo de alimentos, la inspiración de aire o el contacto social (por ejemplo, un beso) (1).

Microbial DNA
Los primeros perfiles metagenómicos del microbioma oral se centraban en patologías orales, y revelaron comunidades microbianas multiespecie complejas y distintivas dentro de la placa dental y las caries.

Esta complejidad hace que sea extremadamente difícil identificar agentes y/o mecanismos patógenos específicos mediante métodos tradicionales como el cultivo bacteriano. Sin embargo, la metagenómica, en tándem con la llegada de la tecnología de secuenciación de próxima generación, es capaz ahora de estudiar comunidades microbianas enteras al mismo tiempo (3). Los primeros perfiles metagenómicos del microbioma oral se centraban en patologías orales, y revelaron comunidades microbianas multiespecie complejas y distintivas dentro de la placa dental y las caries, así como diferencias marcadas en la composición de la microbiota entre individuos que han sufrido estas patologías, en comparación con los que no (3, 4). Otros estudios han usado los enfoques de la metagenómica para ampliar más lo último, ayudando así a construir perfiles bacterianos característicos de individuos con periodontitis u otras enfermedades inflamatorias (2). Esto es especialmente relevante porque la inflamación oral se ha vinculado con un riesgo elevado de padecer enfermedades cardiovasculares (5). De hecho, la metagenómica se ha usado para encontrar las bacterias en placas ateroscleróticas también presentes en abundancias similares en la cavidad oral, indicando tanto una relación potencial entre las dos poblaciones como la posibilidad de que el microbioma oral pueda usarse como biomarcador para enfermedades cardiovasculares (6).


La microbiota del intestino

La microbiota del intestino es la comunidad microbiana más conocida de las que residen en el cuerpo humano. Aunque suele estar dominada por solo dos filos, la microbiota del intestino es inmensamente diversa en los niveles taxonómicos más bajos. De hecho, en 2016, se habían identificado y catalogado más de 10 millones de genes que componen el microbioma intestinal (7). Del mismo modo que los contactos externos moldean parcialmente la microbiota intestinal, los hábitos dietéticos a largo plazo modulan la composición de la microbiota del intestino (7). Dado su papel en la digestión y el metabolismo, cabe esperar que la microbiota del intestino se haya vinculado a la obesidad y a enfermedades metabólicas, como la diabetes de tipo II (7). Los enfoques de metagenómica se han usado para investigar las propiedades del microbioma del intestino en un esfuerzo para identificar marcadores específicos y/o perfiles asociados con la patología (8). Los estudios en individuos delgados y obesos, por ejemplo, han desvelado que estos últimos pueden presentar una mayor diversidad de especies y/o experimentar cambios proporcionales en la composición del microbioma (9), mientras que la elaboración de perfiles de metagenómica de la microbiota del intestino de pacientes diabéticos ha identificado biomarcadores de polimorfismo específico de las especies (10–11).

Los enfoques de metagenómica se han usado para investigar las propiedades del microbioma del intestino en un esfuerzo para identificar marcadores específicos y/o perfiles asociados con la patología.
 
También se han usado enfoques similares para intentar examinar el papel de la microbiota en las enfermedades intestinales inflamatorias (EII), y se han encontrado diferencias clave en la composición y la actividad de la transcripción en los genomas y transcriptomas de la microbiota de los pacientes que padecen EII (12). Por último, la microbiota puede contener microbios oncogénicos como Helicobacter pylori y el virus del papiloma humano (VPH). Con este objetivo, los investigadores están buscando la posible relación entre la microbiota y el cáncer, con análisis de metagenómica que identifican los cambios en la composición del microbioma en una variedad de cánceres, incluido el colorrectal, el de mama y los cánceres gástricos (13–15).

Lea los artículos adicionales en esta serie

Investigación a fondo
Descubra el desafío de QIAGEN en la investigación de microbiomas biomédicos humanos.
Ver más
Referencias
  1. Wade, W. G. (2013) The oral microbiome in health and disease. Pharmacol. Res. 69(1), 137–143.
  2. Xu, P. and Gunsolley, J. (2014) Application of metagenomics in understanding oral health and disease. Virulence 5(3), 424–432.
  3. Belda-Ferre, P. et al. (2012) The oral metagenome in health and disease. ISME J. 6(1), 46–56.
  4. Xie, G. et al. (2010) Community and gene composition of a human dental plaque microbiota obtained by metagenomic sequencing. Mol. Oral Microbiol. 25(6), 391–405.
  5. Kholy, K. E. et al. (2015) Oral infections and cardiovascular disease. Trends Endocrinol. Metab. 26(6), 315–321.
  6. Koren, O. et al. (2011) Human oral, gut, and plaque microbiota in patients with atherosclerosis. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 108(Suppl 1), 4592–4598.
  7. Arora, T. and Bäckhed, F. (2016) The gut microbiota and metabolic disease: current understanding and future perspectives. J. Intern. Med. 280(4), 339–349.
  8. Del Chierico, F. et al. (2018) Gut microbiota markers in obese adolescent and adult patients: age-dependant differential patterns. Front. Microbiol. 9, 1210.
  9. Castaner, O. et al. (2018) The gut microbiome profile in obesity: a systematic review. Int. J. Endocrinol. 2018, 4095789.
  10. Qin, J. et al. (2012) A metagenome-wide association study of gut microbiota in type 2 diabetes. Nature 490(7418), 55–60.
  11. Chen, Y. (2017) Gut metagenomes of type 2 diabetic patients have characteristic single-nucleotide polymorphism distribution in Bacteroides coprocola. Microbiome 5, 15.
  12. Schirmer, M. et al. (2018) Dynamics of metatranscription in the inflammatory bowel disease gut microbiome. Nat. Microbiol. 3(3), 337–346.
  13. Flemer, B. et al. (2017) Tumour-associated and non-tumour-associated microbiota in colorectal cancer. Gut 66(4), 633–643.Bhatt, A. P. et al. (2017) The role of the microbiome in cancer development and therapy. CA Cancer. J. Clin. 67(4), 326–344.
  14. Ferreira, R. M. et al. (2018) Gastric microbial community profiling reveals a dysbiotic cancer-associated microbiota. Gut 67(2), 226-236.