El microbioma intestinal humano tiene un papel importante para mantenernos sanos. Es vital para obtener nutrientes de los alimentos, y cada vez es más evidente que desempeña un papel en diferentes crónicas, enfermedades terminales y del estilo de vida. Los cambios en la composición del microbioma se han asociado con la diabetes tipo 2, obesidad y enfermedad inflamatoria intestinal (EII), pero no está claro cómo esos cambios provocan la aparición de diferentes afecciones, o si en cambio son un síntoma.
Para empezar a desmontar los mecanismos, Los investigadores se han centrado en la comunicación entre los microbios y sus organismos anfitriones, incluidos los humanos. Los microbios liberan una variedad de metabolitos, proteínas y moléculas de ARN que les permiten comunicarse con otras proteínas del organismo huésped. Esto puede provocar una respuesta de las redes del huésped que resulte en la activación o desactivación de genes del huésped que modulan varios procesos.
Traducir estas comunicaciones entre reinos entre las proteínas microbianas y del huésped es vital si queremos comprender los procesos que afectan tanto a la salud como a la enfermedad. Estos estudios de comunicación entre reinos se han realizado para algunas bacterias, principalmente especies patógenas que desencadenan enfermedades específicas. Pero el microbioma puede contener miles de especies diferentes, todos potencialmente comunicándose con una variedad de diferentes proteínas del huésped, vinculado a muchas vías de señalización y procesos fisiológicos diferentes.
Para manejar estas complejas comunicaciones, El Dr. Tamas Korcsmaros y el Dr. Padhmanand Sudhakar del Quadram Institute y el Earlham Institute y sus colegas desarrollaron una tubería computacional integrada llamada MicrobioLink. Publicado en la revista Células , MicrobioLink conecta proteínas microbianas con proteínas del huésped con las que es probable que interactúen, y luego infiere cómo estas interacciones influyen en los procesos celulares en el anfitrión.
Los investigadores pueden usar Microbiolink para probar un conjunto de proteínas, que por ejemplo podrían ser las proteínas secretadas por toda una comunidad microbiana, contra una lista relevante de proteínas huésped de datos experimentales o bases de datos existentes. Luego, la tubería predice las interacciones entre las proteínas microbianas y del huésped en función de sus respectivas características moleculares, como dominios y motivos. Las interacciones proteína-proteína representan canales de comunicación potencialmente interesantes entre las bacterias y el huésped.
El poder de Microbiolink viene en el siguiente paso que usa un principio, denominada difusión, en la ciencia de las redes para rastrear los efectos de las interacciones entre las proteínas microbianas y del huésped en otros procesos del huésped más adelante. Esto utiliza bases de datos existentes de interacciones moleculares validadas para seguir las señales de las proteínas del huésped (que se predice que estarán unidas y, por lo tanto, modificadas por proteínas microbianas) a través de otros genes o proteínas diana en el huésped. Con filtrado apropiado, esto puede identificar nodos clave en redes y genes o proteínas específicos en el anfitrión que se ven afectados por la comunicación original entre los microbios y el anfitrión.
Para probar la tubería, el equipo de investigación llevó a cabo un estudio de caso utilizando un compendio de proteínas bacterianas que se encuentran solo en pacientes con enfermedad de Crohn, y otro conjunto de proteínas que se encuentran solo en personas sanas. Utilizaron MicrobioLink para comparar cómo los diferentes conjuntos de proteínas afectaban la autofagia, que es un proceso celular importante que se sabe que está desregulado en la enfermedad de Crohn. Esto reveló una red con rutas de señalización claramente separadas exclusivas de la enfermedad y los contextos saludables y, por último, influir en la expresión de genes de autofagia.
Estos hallazgos deberían confirmarse experimentalmente, pero apuntan hacia un mecanismo potencial que vincula el microbioma y la enfermedad de Crohn. El estudio de caso también demuestra el potencial de esta canalización computacional integrada para traducir las comunicaciones entre los microbios y el anfitrión para que podamos comenzar a comprender sus efectos en el cuerpo. y sus implicaciones sobre la salud y la enfermedad.
Además de estudiar la influencia del microbioma en otras enfermedades, MicrobioLink también podría usarse para descubrir los efectos beneficiosos sobre la multitud de bacterias probióticas o comunidades de bacterias, y no solo en humanos.
Básicamente, ahora estamos proporcionando un método para que la comunidad científica comprenda mejor cómo las bacterias comensales o probióticas están influyendo en nuestra salud. Es una herramienta de análisis computacional, por lo que es el primer paso hacia el diseño de estudios experimentales enfocados, pero esperamos que ya ayude a los colegas a aprovechar la riqueza existente de datos de varios pacientes, y dar lugar a nuevos estudios de intervención clínica ".
Dr. Tamas Korcsmaros, Instituto Quadram
"Como MicrobioLink es versátil y agnóstico para los organismos, Tendrá aplicaciones en sanidad ganadera, así como en el análisis de cómo el microbioma del suelo afecta la salud de las plantas ", agregó Padhmanand Sudhakar.
Más inmediatamente, el equipo busca aplicar MicrobioLink para comprender los efectos del virus SARS-CoV-2 detrás de la pandemia COVID-19.
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