Los investigadores relacionan las "firmas genéticas" de las bacterias en el intestino humano con múltiples enfermedades

Realmente nunca estamos solos ni siquiera dentro de nuestros propios cuerpos. Los seres humanos albergan billones de bacterias, hongos virus y otros microorganismos que componen el microbioma humano. En años recientes, la mezcla de estas bacterias residentes, y la presencia de especies bacterianas específicas, se ha relacionado con afecciones que van desde la obesidad hasta la esclerosis múltiple.

Ahora, yendo un paso más allá, Los investigadores de la Escuela de Medicina de Harvard y el Centro de Diabetes Joslin han ido más allá de las especies microbianas. Analizar la composición genética de las bacterias en el intestino humano, el equipo ha vinculado con éxito grupos de genes bacterianos, o "firmas genéticas, "a múltiples enfermedades.

El trabajo acerca a los científicos al desarrollo de pruebas que podrían predecir el riesgo de enfermedad o identificar la presencia de una enfermedad basándose en una muestra de la composición genética del microbioma de una persona.

Los resultados, se publicará el 18 de mayo en Comunicaciones de la naturaleza , vincular conjuntos de genes bacterianos a la presencia de enfermedad de las arterias coronarias, cirrosis del higado, Enfermedad inflamatoria intestinal, cáncer de colon, y diabetes tipo 2. El análisis indica que tres de estas condiciones:enfermedad de las arterias coronarias, Enfermedad inflamatoria intestinal, y cirrosis hepática:comparten muchos de los mismos genes bacterianos. En otras palabras, las personas cuyos intestinos albergan estos genes bacterianos parecen tener más probabilidades de tener una o más de estas tres afecciones.

El trabajo representa un avance significativo en la comprensión actual de la relación entre los microbios que residen en el intestino humano y enfermedades específicas. dijo el equipo. Si se confirma a través de una investigación adicional, los resultados podrían informar el diseño de herramientas que podrían medir el riesgo de una persona para una variedad de condiciones basadas en el análisis de una sola muestra fecal, ellos agregaron.

Esto abre una ventana para el desarrollo de pruebas usando enfermedad cruzada, indicadores genéticos de la salud del paciente. Hemos identificado marcadores genéticos que creemos que eventualmente podrían conducir a pruebas, o solo una prueba, para identificar asociaciones con una serie de condiciones médicas ".

Braden Tierney, Estudio de primer autor y estudiante de posgrado, Programa de Ciencias Biológicas y Biomédicas, Escuela Médica de Harvard

Los investigadores advierten que su estudio no fue diseñado para dilucidar exactamente cómo y por qué estos genes microbianos pueden estar relacionados con diferentes enfermedades. Hasta ahora, ellos dijeron, No está claro si estas bacterias están involucradas en el desarrollo de la enfermedad o son meros espectadores en este proceso.

El objetivo del estudio fue determinar si grupos de genes podrían indicar de manera confiable la presencia de diferentes enfermedades. Estas firmas genéticas microbianas recientemente identificadas, sin embargo, podría estudiarse más a fondo para determinar qué función, Si alguna, los organismos juegan en el desarrollo de enfermedades.

"Nuestro estudio subraya el valor de la ciencia de datos para desentrañar la interacción compleja entre microbios y humanos, "dijo el autor principal del estudio, Chirag Patel, profesor asociado de informática biomédica en el Instituto Blavatnik del HMS.

Los investigadores comenzaron recopilando datos del microbioma de 13 grupos de pacientes que suman más de 2, 500 muestras. Próximo, analizaron los datos para identificar los vínculos entre siete enfermedades y millones de especies microbianas, Vías metabólicas microbianas, y genes microbianos. Al probar una variedad de enfoques de modelado, calculando un total de 67 millones de modelos estadísticos diferentes, pudieron observar qué características del microbioma emergían consistentemente como los candidatos asociados con la enfermedad más fuertes.

De todas las diversas características microbianas:especies, caminos, y genes:los genes microbianos tenían el mayor poder predictivo. En otras palabras, los investigadores dijeron, grupos de genes bacterianos, o firmas genéticas, en lugar de simplemente la presencia de ciertas familias bacterianas, estaban más estrechamente vinculados a la presencia de una determinada afección.

Algunas de las principales observaciones incluyeron:

Grupos de genes bacterianos, o firmas genéticas, en lugar de genes bacterianos individuales, aparecen implicados en varios tipos de enfermedades humanas.

Enfermedad de la arteria coronaria, Enfermedad inflamatoria intestinal, y la cirrosis hepática tienen firmas genéticas similares en el microbioma intestinal.

Diabetes tipo 2, por el contrario, tiene una firma de microbioma diferente a cualquier otro fenotipo probado.

El análisis no encontró un vínculo consistente entre la presencia de la especie bacteriana Solobacterium moorei y el cáncer de colon, una asociación previamente reportada en numerosos estudios. Sin embargo, los investigadores identificaron genes particulares de una subespecie de S. moorei asociada con el cáncer colorrectal. Este hallazgo indica que el análisis a nivel de genes puede producir biomarcadores de enfermedades con mayor precisión y especificidad en comparación con los enfoques actuales.

Patel dijo que este resultado subraya la noción de que no es simplemente la presencia de una familia bacteriana determinada lo que puede presagiar riesgo, sino más bien las cepas y firmas genéticas de los microbios que importan. La capacidad de identificar interconexiones con tal precisión será fundamental para diseñar pruebas que puedan medir el riesgo de manera confiable. añadió. Por lo tanto, en este ejemplo específico, Una prueba destinada a medir el riesgo de cáncer de colon simplemente detectando la presencia de S. moorei en el intestino puede no ser tan confiable como una prueba más refinada que mide genes bacterianos para detectar la presencia de cepas específicas de S. moorei que están asociadas con cáncer de colon.

Dos afecciones (inflamación del oído y tumores benignos de tejidos blandos llamados adenomas) mostraron asociaciones débiles con el microbioma intestinal, lo que sugiere que es poco probable que los microorganismos que residen en el intestino humano desempeñen un papel en el desarrollo de estas afecciones, tampoco es probable que sean indicadores fiables de la presencia de estas condiciones.

En un estudio anterior, El equipo de HMS utilizó cantidades masivas de datos de secuenciación de ADN disponibles públicamente de microbiomas orales e intestinales humanos para estimar el tamaño del universo de genes microbianos en el cuerpo humano. El análisis reveló que puede haber más genes en el microbioma humano colectivo que estrellas en el universo observable.

Dada la gran cantidad de genes microbianos que residen dentro del cuerpo humano, Los nuevos hallazgos representan un gran paso adelante en la comprensión de la complejidad de la interacción entre las enfermedades humanas y el microbioma humano. dijeron los investigadores.

"El objetivo final de la ciencia computacional es generar hipótesis a partir de una gran cantidad de datos, ", dijo Tierney." Nuestro trabajo muestra que esto se puede hacer y abre tantas nuevas vías para la investigación y la investigación que solo estamos limitados por el tiempo, gente, y los recursos necesarios para ejecutar esas pruebas ".

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