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» » » » » El cambio de dieta de las bacterias de su boca pueden provocar la enfermedad

Referencia: ScienceDaily.com, 12 de agosto 2014

Bacterias de la boca pueden cambiar su metabolismo entre la enfermedad y la salud. Las supercomputadoras Stampede y Lonestar compararon la expresión genética de 160.000 genes de comunidades periodontales sanos y enfermos. La investigación facilita el camino para biomarcadores que pueden predecir un amplio rango de enfermedades.

Las bacterias patógenas (rojo) viven tú-a-tú con especies benignas (verde) en una boca sana. Los científicos están comenzando a entender como causas del paso de lo sano a la enfermedad, los cambios metabólicos en las comunidades bacterianas, como la periodontitis, la diabetes y la enfermedad de Crohn. Crédito: TACC

Las bacterias dentro de la boca cambian drásticamente su manera de actuar cuando uno está enfermo, según la investigación donde se han usado supercomputadoras del Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC). Los científicos dicen que estos sorprendentes hallazgos podrían llevar a mejores maneras de prevenir o incluso revertir la enfermedad de las encías, periodontitis, la diabetes y la enfermedad de Crohn.

Marvin Whiteley, profesor de biociencias moleculares y director del Centro de Enfermedades Infecciosas de la Universidad de Texas, en Austin, dirigió el estudio publicado en abril de 2014 en el journal mBio.

"Lo que estábamos tratando de averiguar", dijo Whiteley, "es cómo actúan estas bacterias cuando uno está sano, y cómo cuando están en un estado de enfermedad. El hallazgo realmente es que actúan de manera muy diferente."

Las bacterias comparten nutrientes, y algunas especies pueden incluso alimentarse de otras, ya que constantemente interactúan. "Lo que hemos encontrado en este trabajo", dijo Whiteley, "es que este intercambio, y cómo interactúan entre sí, provoca cambios drásticos tanto en la enfermedad como en la salud."

Los investigadores de UT Austin, utilizaron un disparador de secuenciación metagenómica, una forma no específica de estudiar todo el material genético de las comunidades bacterianas. Whiteley y sus colegas analizaron una colección de ARN con las supercomputadoras Lonestar y Stampede de TACC. Fueron premiados con asignaciones para el uso de las computadoras a través de la System Research Cyberinfrastructure initiative de la Universidad de Texas. La investigación fue financiada por becas de los Institutos Nacionales de Salud, administrado por el Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial.

Puede ser una sorpresa que los microbios, principalmente las bacterias, superan en número a las células humanas en nuestro cuerpo por 10 a 1 y los científicos han identificado a 10.000 especies diferentes de bacterias que viven en el interior de cada persona. Estas comunidades microbianas se conocen colectivamente como el microbioma humano. Todo ello responde a cinco años de investigación, tras $ 115 millones de esfuerzo, iniciado en 2008 por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) y llamado Proyecto del Microbioma Humano.

"Lo más fácil es pensar que se trata sólo de una colección de bacterias que se encuentran dentro o sobre el cuerpo", dijo Whiteley. "Pero pensamos que no sólo son las bacterias, sino la composición genética. ¿Qué es el ADN? Y desde dónde podemos inferir lo que estas bacterias podrían estar haciendo para nosotros."

El laboratorio de Whiteley comenzó aislando el ARN a partir de las muestras en placa recogidas. El coautor del estudio, Keith Turner, investigador postdoctoral del laboratorio de Whiteley, explicaba que, "el ARN, para los que saben acerca de computadoras, es algo así como la memoria RAM (memoria de acceso aleatorio), la memoria de trabajo de la célula". Las muestras de ARN actúan como una imagen de la memoria o un 'volcado de memoria' que revelan la aún desconocida procedencia de los procesos de la bacteria. Desafortunadamente, dijo Turner, no se puede obtener una imagen completa de la actividad dada la enorme cantidad de moléculas de la muestra.

Según explicó Turner, "se trata de obtener lo que se pueda y perfilarlo mediante la secuenciación, utilizando algunos de los últimos avances tecnológicos. Básicamente se convierte en un problema de búsqueda".

Turner buscó una base de datos metagenómica, un gran centro de intercambio genético con muestras medioambientales en lugar de las cultivadas en laboratorio. Miró en el Human Microbiome Project del NIH. Turner fue anotando cada correspondencia de bactería y el gen que venía de la muestra. "Cuanto más se piensa en un determinado proceso, tanto más adquiere importancia", comentó Turner. "El enfoque disparador, como se puede imaginar, es computacionalmente intensivo, por lo que recurrimos a TACC para algunos de estos problemas."

¿De qué tamaño son estos problemas?

Turner y sus colegas eligieron 60 especies distintas de bacterias para representar a la comunidad total. Analizaron más de 160.000 genes, produciendo de 28 a 85 millones de lecturas de fragmentos de ARN, incluyendo cerca de 17 millones de lecturas de mRNA por cada muestra.

Sus hallazgos principales muestran que las bacterias actúan de diferente manera cuando uno está sano que cuando uno está enfermo. "El principal cambio que se produce es en su metabolismo", dijo Whiteley. En otras palabras, una especie de bacteria que comía algo, fructosa por ejemplo, puede cambiar su alimentación a un tipo diferente de azúcar en caso de enfermedad.

El caso es que, "el tipo de cosas que hubiesen tardado una o dos semanas en ejecutarse lo podemos hacer con el TACC en sólo un par de horas", dijo Turner. "Stampede nos permite utilizar la potencia de 6.400 computadores de escritorio al mismo tiempo. Hay muchos problemas en biología que pueden beneficiarse del enfoque de la supercomputación."

Whiteley encontró de interés la periodontitis porque es una de las enfermedades más prevalentes sobre el planeta. "Es una enfermedad interesante, porque son las mismas bacterias las que se encuentran en la boca cuando uno está sano que, más o menos, cuando usted está enfermo", dijo.

"Lo que nuestro estudio señala es que en realidad no importa las bacterias que uno tiene, ya que las comunidades están actuando de manera muy similar", explicó Whiteley. "Así pues, una comunidad sana tiene un determinado metabolismo, no importa cuáles son sus miembros. Y una comunidad enferma tiene un metabolismo muy diferente, sin importar tampoco cuáles son sus miembros. Así es la conservación de una comunidad metabólica."

Whiteley comparó lo que está sucediendo en nuestras encías con un ecosistema de la sabana africana. Las interacciones entre los "animales" es clave. "Usted tiene leones, leopardos y también tiene ñus, todos están ahí. Si miramos sólo en un área de la sabana africana es posible que no haya ningún león allí, y no parece tener mucho sentido. Pero si lo miramos al completo, como una comunidad total, parece que ya empieza a cobrar sentido. Así que, al tratar de entender las interacciones, necesitamos tomar un contexto mucho más amplio, más grande. y eso es lo que hizo este estudio", explicó Whiteley.

De acuerdo con los resultados de Human Microbiome Project, el cambio hacia unas bacterias más nocivas en esa comunidad está vinculado con enfermedades de gran alcance, como la periodontitis, la diabetes y la enfermedad de Crohn.

Whiteley dijo que su investigación puede ayudar a desarrollar biomarcadores que predigan si alguien va a enfermar. "Se puede realmente llegar a una forma rápida de evaluación del comportamiento de la comunidad y decir, ‘usted está en plena progresión de pasar de un estado sano a uno enfermo’, y proporcionar entonces algún tipo de medida preventiva cuando llegues ahí," explicó Whiteley .

Las comunidades bacterianas patógenas que se han reinstalado a sí mismas como perjudiciales también pueden reinstalarse de nuevo como sanas. Esto es posible, en teoría, de alguna manera, según Whiteley.

"Se pueden manipular numerosas poblaciones bacterianas muy fácilmente. Hay que darles de comer algo más. De manera que sean capaces de cambiar de nuevo. Estas son algunas de las ideas que hemos estado pensando en nuestro laboratorio que se fue generalizando a medida que fuimos avanzando."

"La medicina va a cambiar mucho en los próximos 10 a 50 años. Y vamos a tener que pensar mucho más en este tipo de cuestiones, preguntas como ¿qué está haciendo ahora tu microbioma que te obliga a venir por el consultorio médico?", dijo Whiteley.


- Fuente: University of Texas at Austin, Texas Advanced Computing Center .
- Publicación: P. Jorth, K. H. Turner, P. Gumus, N. Nizam, N. Buduneli, M. Whiteley. Metatranscriptomics of the Human Oral Microbiome during Health and Disease. mBio, 2014; 5 (2): e01012-14 DOI: 10.1128/mBio.01012-14 .
- Imagen: Las bacterias patógenas (rojo) viven tú-a-tú con especies benignas (verde) en una boca sana. Los científicos están comenzando a entender como causas del paso de lo sano a la enfermedad, los cambios metabólicos en las comunidades bacterianas, como la periodontitis, la diabetes y la enfermedad de Crohn. Crédito: TACC
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