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Más allá de la biología sintética: la ecología sintética podría impulsar la  salud mediante la ingeniería del medio ambiente

Más allá de la biología sintética: la ecología sintética podría impulsar la salud mediante la ingeniería del medio ambiente

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Un querido colega nos envía el presente artículo en donde nos enteraremos que hay mucho interés en este momento, en el mundo científico, en investigar cómo diferentes microbiomas (como el que está compuesto por infinidad de bacterias en nuestros intestinos y que revisamos en este espacio hace un par de semanas) podrían aprovecharse para mejorar la salud humana y curar enfermedades. En especial, nos informan que Daniel Segrè ha enfocado su mirada en una visión mucho más ambiciosa de cómo se podría manipular el microbioma para bien de la humanidad: "para ayudar a sostener nuestro planeta, no sólo nuestra propia salud". El artículo se publicó 4 de junio pasado (2021), en el boletín digital de Boston University – Sección The Brink, escrito por Kat J. McAlpine y traducido por nosotros para este espacio. Veamos qué nos dice Daniel Segrè al respecto.

Daniel Segrè, director de la Iniciativa de Microbioma de la Universidad de Boston, dice que él y otros científicos en su campo de biología sintética y de sistemas están estudiando microbiomas: comunidades microscópicas de bacterias, hongos o una combinación de aquellos que ejercen influencia sobre los demás y el entorno circundante. Quieren saber cómo se podrían dirigir los microbiomas para llevar a cabo tareas importantes como absorber más carbono atmosférico, proteger los arrecifes de coral de la acidificación de los océanos, mejorar la fertilidad y el rendimiento de las tierras agrícolas y apoyar el crecimiento de los bosques y otras plantas a pesar de las condiciones ambientales cambiantes.

"Los microbios nos afectan como seres humanos a través de sus propios procesos metabólicos, afectan nuestro planeta a través de lo que consumen y secretan, ayudan a crear el oxígeno que respiramos", dice Segrè, Profesor de Biología y Bioinformática en la Facultad de Artes y Ciencias y de Ingeniería Biomédica en la Facultad de Ingeniería, ambas ubicados en Boston University. "Hace mucho tiempo, los microbios son los que hicieron posible la vida multicelular".

 

Pero, a diferencia de muchos otros biólogos sintéticos que están trabajando para mejorar o diseñar genéticamente microbios directamente, Segrè está más interesado en cómo dirigir el comportamiento de un microbioma modificando las condiciones ambientales en las que vive, un enfoque que, según él, podría describirse mejor como "ecología sintética".

"El enfoque de biología sintética más tradicional sería manipular los genomas de los microbios", dice Segrè. "Pero estamos tratando de manipular ecosistemas microbianos utilizando moléculas ambientales".

"Sabemos que las interacciones microbianas con el medio ambiente son importantes", dice Alan Pacheco, quien obtuvo su doctorado. en bioinformática trabajando en el laboratorio de Segrè. Algunas de esas interacciones benefician a varias especies microbianas, algunas solo benefician a una especie en una comunidad y algunas pueden ser dañinas para ciertas especies, dice. "Pero todavía hay mucho que no sabemos sobre por qué estas interacciones ocurren de la manera en que lo hacen".

En un nuevo estudio publicado recientemente en Nature Communications, Segrè, Pacheco y su colaboradora Melisa Osborne, investigadora del laboratorio de Segrè, exploraron cómo la presencia de 32 moléculas ambientales o nutrientes diferentes, solos o en combinación con otros, influiría en la tasa de crecimiento de comunidades microbianas y la mezcla de diversas especies que componen un microbioma determinado.

"En el fondo de nuestras mentes teníamos esta idea de la dieta, enmarcada por estudios que han analizado las diferencias en el microbioma intestinal según las dietas occidentales actuales comparadas con las de los cazadores-recolectores", dice Pacheco, quien ahora es becario postdoctoral en ETH Zürich. Las dietas de cazadores-recolectores, utilitarios y que comprenden una amplia gama de fuentes de alimentos a base de plantas, se consideran mucho más diversas que la dieta occidental, por lo que se cree que la dieta de cazadores-recolectores cultivó un intestino más saludable.

Pero los resultados experimentales sorprendieron al equipo. Esperaban ver un aumento del crecimiento y la diversidad de microbiomas a medida que los "microorganismos" tuvieran más acceso a una variedad de alimentos, una variedad de carbonos, incluidos azúcares, aminoácidos y polímeros complejos, pero eso no es lo que revelaron sus experimentos cuidadosamente controlados. En cambio, observaron que la competencia por alimentos entre diferentes especies de microbios obstaculizaba la diversificación dentro de la comunidad microbiana.

 

"Nuestros resultados demuestran que la complejidad ambiental por sí sola no es suficiente para mantener la diversidad de la comunidad y proporcionan una guía práctica para diseñar y controlar los ecosistemas microbianos", escriben los autores.

Entonces, ¿cuáles son los mecanismos que controlan la diversidad de un microbioma? "Va a llevar algún tiempo descubrir la causa de todas estas interacciones", dice Segrè.

Aunque el aumento de la variedad de fuentes de alimentos no aumentó la variedad de especies microbianas dentro de sus experimentos, más alimentos impulsaron un mayor crecimiento microbiano. "Descubrimos que el rendimiento depende del número total de fuentes de carbono, pero no de la variedad de esas fuentes", dice Segrè. "Es como la gente en un día de campo: si suficientes personas vienen a un día de campo, sin importar la distribución de los diferentes alimentos, eventualmente todo se comerá. En muchos de nuestros experimentos, las comunidades microbianas consumieron hasta la última fuente de carbono en toda su extensión ".

Pacheco agrega que si alguien puede consumir algo, otro puede superarlo. "Nuestros experimentos mostraron que el modulador crucial en la diversidad microbiana es cuánto compiten estos diferentes organismos entre sí por los recursos", dice. "Mientras más organismos compitan, menos diversa será la comunidad".

El equipo planea hacer más investigaciones sobre factores ambientales adicionales, investigando cómo el acceso a los nutrientes y la variedad cambian las comunidades microbianas con el tiempo, y cómo el medio en el que vive la comunidad microbiana afecta su consumo y secreción de moléculas. También están explorando cómo los procesos metabólicos entre diferentes especies microbianas podrían interactuar e intercambiar entre sí, y cómo la capacidad de algunos organismos para consumir múltiples recursos de forma secuencial o simultánea afecta al microbioma en general.

Desbloquear aún más y eventualmente aprovechar todos estos "diales y perillas" ambientales podría abrir las puertas al uso de microbiomas para influir en el metabolismo humano y los estados de salud o enfermedad en las personas y en los ecosistemas naturales.

 

Fuente: https://phys.org/news/2021-06-synthetic-biology-ecology-boosts-health.html

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