Los avances en secuenciación metagenómica han potenciado el conocimiento sobre los microorganismos de nuestro cuerpo: el microbioma humano.
El concepto de microbioma
Antes de introducirnos en el concepto de microbioma, considero interesante destacar que más que un organismo vivo, un ser un humano es un holobionte, es decir, un huésped que comparte vida con una amplia variedad de microorganismos de forma (predominantemente) mutualista y simbiótica. Y todo ello en un ecosistema en el que somos protagonistas.
Analizamos en profundidad este concepto, así como la teoría de la evolución hologenómica, en un interesantísimo artículo que te recomiendo visitar.
Ahora sí, entremos en materia. Si bien el concepto de microbiota y el de microbioma tienden a utilizarse de manera similar, lo cierto es que no significan lo mismo.
El microbioma haría referencia a “todo el hábitat, incluidos los microorganismos (bacterias, arqueas, eucariotas inferiores y superiores [hongos y protozoos] y virus), sus genomas (es decir, genes) y las condiciones ambientales circundantes”, según la definición de consenso presentada por Marchesi y Ravel en el año 2015.
No obstante, es habitual ver que parte los científicos expongan aspectos sobre el microbioma haciendo referencia exclusiva a los genes y genomas de la microbiota.
Por tanto, y para conseguir entender esta disparidad, debemos exponer también lo que es el concepto de microbiota. Este sería el de “conjunto de microorganismos presentes en un entorno definido”, en nuestro caso, el ser humano (o partes concretas del mismo).
¿Y los conceptos de flora microbiana, microflora, etc.?
Pues lo cierto es que no se ajustan a la realidad del microbioma y la microbiota tal y como los conocemos hoy en día. No obstante, durante décadas se ha utilizado tanto en literatura científica como fuera de ella, aunque existe una cierta tendencia a que esto deje de ser así, ya que como hemos dicho, no se corresponde con las características propias de los microorganismos presentes en nuestro cuerpo, ni su relación con nosotros, su huésped.
Por tanto, y de manera más sintética y sencilla, podemos entender al microbioma como todo el conjunto de microorganismos presentes en el ser humano, sus genes y genomas y su interacción con nosotros mismos. Y la microbiota, como una acotación de ello, en un lugar definido de nuestro cuerpo. Algunos ejemplos serían:
- Microbiota intestinal
- Microbiota oral
- Dermobiota, microbiota de la piel, microbiota dérmica o microbiota cutánea
- Microbiota vaginal
- Etc.
¿Qué microorganismos forman parte del microbioma?
Como exponen desde el Integrative Human Microbiome Project (iHMP) (uno de los grandes proyectos, históricamente hablando, sobre el conocimiento del microbioma, que tuvo sus inicios en el año 2008), el microbioma está conformado por bacterias, virus, arqueas y eucariotas (principalmente hongos pero también protozoos).
Se indica, también, que el número de los microorganismos más abundantes en nuestro cuerpo, las bacterias, es aproximadamente 10 veces más grande que el total de células humanas, lo que deja patente la especial importancia del microbioma en nuestra salud.
No obstante, creo que es más que necesario conocer las características fundamentales de cada uno de estos microorganismos.
– Virus
Son relativamente pocos los estudios que se han centrado en la presencia y función de los virus en el microbioma humano, quizá propiciado porque los procesos de aislamiento, secuenciación y análisis de los mismos, son bastante más complejos que en el caso de las bacterias, por ejemplo.
No obstante, sí que tenemos a nuestro alcance algunos datos sobre la composición del viroma humano, es decir, de los virus, sus genes y genoma e interacción con nosotros, aunque queda muchísimo por descubrir en este sentido.
A día de hoy, sabemos que el viroma humano puede incluir retrovirus endógenos, virus eucariotas y virus bacterianos, conocidos también como bacteriófagos o fagos.
Pasamos a destacar algunas características de cada uno de ellos:
· Retrovirus endógenos humanos (ERV):
Curiosamente en este caso hablamos de una parte del microbioma esencialmente negativa, al menos por el conocimiento que se tiene hasta la fecha de ellos. Los ERV están integrados en el genoma humano y, por tanto, pueden transmitirse a la descendencia.
Su papel en la aparición de diversas enfermedades, sobre todo en las neurodegenerativas y autoinmunes como la ELA (esclerosis lateral amiotrófica), la diabetes tipo 1, la esclerosis múltiple o la artritis reumatoide, por ejemplo, tiene un creciente interés a nivel científico.
Se teoriza sobre la importancia que estos retrovirus endógenos pueden tener en la expresión de genes reguladores de dichas enfermedades, así como en el hecho de que también puedan activar el sistema inmunológico.
Asimismo, se piensa que estas patologías también pueden aumentar el número de estos retrovirus endógenos y, por ende, su potencial patógenico. Una especie de círculo pernicioso para el ser humano.
A pesar de todo ello, los ERV modificados genéticamente también han sido utilizados de manera terapéutica, aprovechando su capacidad de integrarse en el genoma celular.
· Virus eucariotas
El viroma eucariota humano se asocia a menudo con enfermedades, normalmente poco comunes. Hablamos de fiebre hemorrágica aguda, enfermedad de Kawasaki, encefalitis o meningitis, por citar algunas.
Algunas de las familias de virus eucariotas conocidas a día de hoy son: Rhabdoviridae, Retroviridae, Picornaviridae, Reoviridae, Caliciviridae, Herpesviridae, Poxviridae, Mimiviridae e Iridoviridae.
No obstante, los mecanismos de acción e interacción entre este tipo de virus y el ser humano aún están muy difusos.
· Bacteriófagos
Son el tipo de virus con mayor presencia en nuestro organismo y los podemos encontrar, sobre todo, a nivel intestinal.
Relacionado con ello, la evidencia actual sugiere que el viroma intestinal se adquiere desde una edad temprana y se sabe que comparte algunos componentes que se encuentran en la leche materna, lo que lleva a los investigadores a pensar que dichos viromas intestinales pueden reflejar hábitos dietéticos.
Los fagos del intestino humano pertenecen al orden Caudovirales y se pueden clasificar en una de las principales familias: Siphoviridae, Myoviridae, Podoviridae, Ackermannviridae y Herelleviridae.
Se piensa a día de hoy, que los fagos pueden ser particularmente importantes en las disbiosis relacionadas con el microbioma, como ya deja patente la enfermedad periodontal, donde algunas familias suelen tener mayor prevalencia.
De hecho, un número creciente de estudios han demostrado que los fagos tienen el potencial de promover la salud y la enfermedad, tanto por medios directos como indirectos. No obstante, de nuevo, nos encontramos ante un entorno con más interrogantes que certezas.
En resumen, el potencial del viroma humano en términos de salud y enfermedad es aún desconocido.
– Arqueas
“Descubiertas” en 1977 por Carl Woese y colaboradores y clasificadas en un primer momento como bacterias, las arqueas tomaron entidad propia como organismos extremófilos, hasta que en la década de los 90 se descubrió que subsistían también en ambientes no extremos.
Se estima que la colonización de arqueas metanógenas en el intestino humano oscila entre el 25% y el 95%, siendo la más frecuente la Methanobrevibacter smithii, un productor de metano a partir de subproductos de la fermentación bacteriana. En este sentido, diversos estudios han ahondado en la relación entre la dieta y la cantidad y diversidad de arqueas en el intestino humano, sin llegarse todavía a resultados concluyentes.
Asimismo, otras investigaciones han prospectado la relación entre las arqueas y la piel de mamíferos y animales, entendiendo que su prevalencia es rara y poco frecuente.
Lo cierto, en cualquier caso, es que los estudios metagenómicos de las arqueas siguen arrojando una gran cantidad de conocimiento sobre las mismas, si bien también dejan patente lo mucho que queda por dilucidar sobre ellas, sobre todo en lo concerniente a su relación con los seres humanos.
Como ejemplo, el artículo publicado en la Revista Nature en 2020 por Baker y colaboradores, en el cual se ponen de relieve nuevos filos de arqueas, así como también el hecho de que la mayoría de los filos descubiertos siguen sin estar cultivados. Además, este estudio reveló cientos de genomas de arqueas aún sin clasificar.
– Hongos
Si bien los hongos forman parte de una amplia variedad de entornos microbianos en el ser humano, sus mecanismos de actuación y funciones son aún hoy poco conocidas. No obstante, a nivel intestinal es donde más estudios existen actualmente. Ahondemos pues en el impacto del «micobioma«.
En líneas generales, si comparamos el micobioma intestinal (el perteneciente únicamente a los hongos) con el espectro bacteriano, los hongos destacan por su baja diversidad y por estar dominados por las levaduras, especialmente Saccharomyces y Candida, así como Malassezia.
Precisamente un tipo de levadura, la Saccharomyces boulardii, se utiliza habitualmente como un probiótico eficaz para prevenir y tratar infecciones bacterianas patógenas y complicaciones intestinales, por lo que sabemos que los hongos intestinales pueden conferir beneficios a la salud de los seres humanos.
Finalmente, cabe destacar que el papel del micobioma vaginal está tomando especial auge a nivel investigador en los últimos años, destacando el protagonismo de la Candida albicans en el mismo.
– Protozoos
Los protozoos son organismos eucariotas simples en cuanto a estructura y características, los cuales pueden alimentarse de otros organismos.
Son parte del microbioma humano a partir de especies de Cryptosporidium (protozoos intestinales actualmente vinculados al VIH) o de Entamoeba o Trichomonas, por ejemplo, más habituales del microbioma oral. En este sentido, destacan Entamoeba gingivalis y Trichomonas tenax, ambas vinculadas a enfermedad periodontal.
– Bacterias
De entre los microorganismos que colonizan nuestro cuerpo, las bacterias son, con diferencia, las que se encuentran en mayor volumen. Las cifras que se han ido dando en los últimos años sobre la cantidad de ellas, su genoma, o su peso en conjunto, han ido variando y, probablemente, lo seguirá haciendo su importancia en el microbioma, ya que con las mejoras tecnológicas otros microorganismos como los virus, las arqueas o los hongos pueden ganar protagonismo.
Sea como fuere, cada vez es más habitual escuchar hablar de Akkermansia muciniphila, Faecalibacterium prausnitzii o Lactobacillus y Bifidobacterias y su asociación con los fenómenos de salud y enfermedad. Y esto es muy positivo, pero hay que ser prudentes con las conclusiones que se puedan sacar al respecto, dado el estado actual del conocimiento del microbioma.
Aspectos principales de la taxonomía bacteriana del microbioma humano
La taxonomía es la ciencia encargada de clasificar de forma ordenada a todos los seres vivos de la tierra y ha sufrido modificaciones con el paso de los años y los nuevos hallazgos científicos.
Esta clasificación se realiza partiendo de las semejanzas y diferencias, con especial atención a las relaciones de parentesco, dando como lugar una estructura jerárquica (de menor a mayor especialización) formada por dominio, filo, clase, orden, familia, género, especie (y cepa).
En este sentido, vamos a utilizar la especie Bifidobacterium bifidum para ejemplificar las categorías taxonómicas, así como algunas de las características de las mismas:
- Dominio: Bacterias.
- El dominio sería la categoría máxima taxonómica, que se corresponde con los 3 grupos de seres vivos: bacteria, archaea y eukarya.
- Filo: Actinobacterias
- Partiendo de la pertenencia al mismo dominio, la propia evolución de los organismos da como resultado la diferenciación según diversas características, pero manteniendo, en parte, parentesco. En este caso, además de Actinobacterias, tendríamos otros filos como Firmicutes, Bacteroidetes, Fusobacterias y Proteobacterias, por poner algunos ejemplos.
- Clase: Actinobacterias
- Orden: Bifidobacteriales
- Otro orden de esta clase sería el Propionibacteriales.
- Familia: Bifidobacteriaceae
- Género: Bifidobacterium
- Especies: bifidum
- A nivel de especies, encontramos otras como B. animalis, B. longum, B. infantis o B. adolescentis, por ejemplo.
Asimismo, dentro de las propias especies, existe una subclasificación que sería la de cepa bacteriana, en la que los microorganismos comparten la mayoría de características propias de la especie, pero tienen a su vez algunas singularidades. En el caso de la Bifidobacterium bifidum, tendríamos, por ejemplo, B. bifidum BB-06, una cepa utilizada en microbioterapia para tratar problemas relacionados con el exceso de tejido adiposo o la insuficiencia renal, entre otros.
Las siglas spp.
También es habitual encontrarnos el nombre de un género acompañado de las siglas spp., lo que indicaría que se habla de todas las especies pertenecientes a ese género. Por ejemplo, Bifidobacterium spp. hace referencia a “todas las especies de Bifidobacterias”.
Sea como fuere, a nivel general, lo habitual en el entorno de la microbiota es encontrarse con referencias a nivel de género, especie y cepa.
Especies más abundantes en nuestro organismo
A pesar de los grandes avances tecnológicos, el conocimiento sobre la diversidad microbiana en general y bacteriana en particular, es muy limitado.
La microbiota intestinal es el área que más estudios ha suscitado hasta la fecha, teniendo a nuestro alcance numerosas investigaciones, de las que destacan dos potentes estudios metagenómicos de Almeida y colaboradores de 2019 y 2021 publicados en la Revista Nature.
De ellos, se desprenden diversas conclusiones:
2019
- Los filos con mayor volumen son Firmicutes, Bacteroidetes y Actinobacterias.
- Las clases con más presencia son Bacili, Actinobacteria, Clostridia y Bacterodia.
- Destacan los autores una amplia variedad microbiana aún sin cultivar por cuestiones tecnológicas.
2021
- En cuanto a filos se presentan resultados similares, siendo los más relevantes Firmicutes, Bacteroidetes y Actinobacterias.
- Las especies bacterianas más representadas del estudio fueron Eubacterium rectale, Escherichia coli y Bacteroides uniformis, mientras que la especie de arqueas recuperada con mayor frecuencia fue Methanobrevibacter smithii.
- El global de las especies de bacterias encontradas no cultivadas representaban más del 70%.
- Sin tener certeza de ello, los investigadores expusieron que, a raíz de los resultados obtenidos, es probable que aún no se hayan descubierto especies adicionales no cultivadas del microbioma intestinal humano, lo que destaca la importancia y la necesidad de estudios basados en cultivos.
- Finalmente, se pone de relieve la importancia de que se sigan ampliando los catálogos completos de genes y colecciones de genomas microbianos.
Conclusiones sobre el microbioma humano
A pesar de los espectaculares avances a los que estamos asistiendo en los últimos años, lo cierto es que el conocimiento sobre el microbioma humano está aún lejos de ser profundo.
Buena muestra de ello es que una gran mayoría de las bacterias secuenciadas aún no han sido cultivadas, o que el desconocimiento acerca del impacto de otros microbios como las arqueas o los hongos en nuestro organismo, es aún muy limitado.
Y si nos circunscribimos a los distintos tipos de microbiota (intestinal, oral, vaginal, dermobiota…), pues más de lo mismo.
Existe un conocimiento un poco más amplio, por volumen de estudios, de la microbiota intestinal, pero con muchas incógnitas aún por resolver. Y qué decir de los metabolitos, las relaciones de cross feeding microbiano…
Sea como fuere, estamos en los inicios de algo que cambiará la concepción del ser humano por completo y para siempre.
Ya es hora de dejar de creer que estamos en lo alto de una supuesta escala evolutiva, para entender que somos parte de un todo y no somos nada sin esos microorganismos que residen en nuestro cuerpo.
Resumen de los aspectos fundamentales del microbioma humano
¿Qué es el microbioma?
El concepto de microbioma hace referencia a todo el hábitat, incluidos los microorganismos (bacterias, arqueas, eucariotas inferiores y superiores y virus), sus genomas (es decir, genes) y las condiciones ambientales circundantes, presentes en el ser humano.
¿Cuál es la importancia del microbioma humano?
Múltiples son los beneficios y las funciones que los microorganismos ejercen en el ser humano, como la síntesis de vitaminas y hormonas, la participación activa en el sistema inmunitario o la generación de metabolitos con efectos positivos en el organismo, como los ácidos grasos de cadena corta.
¿Qué diferencia hay entre microbiota y microbioma?
El término microbiota hace referencia al conjunto de microorganismos presentes en un entorno definido, como puede ser la boca del ser humano, mientras que el microbioma abarca también los genomas de los propios microorganismos y las condiciones ambientales.
¿Qué microorganismos componen el microbioma?
Principalmente bacterias, de los filos Firmicutes y Bacteroidetes, aunque también tenemos virus, arqueas, hongos y protozoos en distintas partes de nuestro organismo.
¿Cómo se adquiere el microbioma?
Múltiples aspectos ambientales serán los que jueguen un papel importante en la colonización humana de los microorganismos, tales como el tipo de parto y lactancia, la microbiota materna, la exposición a patógenos a lo largo de la vida, el uso de antibióticos o la dieta.
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