Una nueva herramienta puede ayudar a los investigadores a comprender mejor el metabolismo de los microorganismos

Investigadores de la Universidad de California en San Diego, como parte de una gran colaboración con científicos de todo el mundo, han desarrollado una nueva herramienta de investigación para ayudar a los investigadores a comprender mejor el metabolismo de los microorganismos. Los microbios son actores clave en prácticamente todos los sistemas biológicos y ambientales, pero las limitaciones de las técnicas actuales utilizadas para estudiar el metabolismo microbiano dificultan la decodificación de sus interacciones y actividades.

La nueva investigación, publicada el 5 de febrero de 2023 en Microbiología de la naturalezaaborda directamente estas limitaciones, que en última instancia podrían transformar nuestra comprensión de la salud humana y el medio ambiente.

Los humanos somos ecosistemas ambulantes en los que los microbios nos superan en número, pero sabemos muy poco sobre los metabolitos que producen los microbios. Esta tecnología nos permite hacer coincidir los microbios con las firmas metabólicas que producen sin ningún conocimiento previo, lo que representa un avance importante en nuestra capacidad para estudiar los microorganismos y sus intrincadas relaciones con los humanos y los ecosistemas”.

Pieter Dorrestein, PhD, autor principal del estudio, profesor de farmacología y pediatría en la Facultad de Medicina de UC San Diego y profesor de la Facultad de Farmacia y Ciencias Farmacéuticas Skaggs de UC San Diego

La herramienta innovadora, que los científicos llaman microbeMASST, fue desarrollada por científicos del Centro Colaborativo de Metabolitos Microbianos de UC San Diego, una iniciativa respaldada por los NIH que tiene como objetivo construir un depósito curado internacionalmente de datos de metabolómica microbiana para ayudar a los investigadores a estudiar la compleja interacción entre microbios. y humanos.

Los microbios beneficiosos desempeñan un papel fundamental en la salud humana, colonizando determinadas zonas del cuerpo, incluida la piel, donde nos protegen contra patógenos externos, y el intestino, donde contribuyen a funciones esenciales como la absorción de nutrientes y la regulación del sistema inmunológico. . La alteración de las comunidades microbianas en nuestro cuerpo está asociada con una amplia gama de enfermedades.

«Este recurso nos ayudará a interrogar mecánicamente el papel del microbioma en condiciones de salud como enfermedades hepáticas, enfermedades inflamatorias intestinales, diabetes, aterosclerosis y otras», añadió Dorrestein.

Los microbios también están en el centro de importantes procesos ambientales, como los ciclos del carbono y el nitrógeno. Cuando se alteran las comunidades microbianas involucradas en estos procesos, puede resultar más difícil para los ecosistemas reciclar nutrientes, lo que lleva a una amplia gama de desequilibrios ecológicos destructivos.

Debido a su papel crucial en el medio ambiente y sus interacciones con organismos más grandes, el metabolismo de los microbios es una fuerza impulsora en prácticamente todos los aspectos de la biología. Sin embargo, el enorme potencial metabólico de las comunidades microbianas a menudo se ignora en los experimentos modernos, que a menudo sólo analizan el metabolismo microbiano con una lente amplia.

«Uno de los desafíos del estudio de los microbios a nivel molecular es que es difícil saber qué microbios producen qué moléculas a menos que ya sepas lo que estás buscando», dijo la primera autora Simone Zuffa, investigadora postdoctoral que trabaja con Dorrestein. «Si piensas en las colonias microbianas como fiestas llenas de gente con mucha gente hablando, nuestros experimentos actuales sólo pueden grabar sonido, pero queremos encontrar una manera de decodificar ese audio para descubrir quién dice qué».

Para ayudar a producir la nueva herramienta de investigación, que los investigadores llamaron microbeMASST, los investigadores del Centro Colaborativo de Metabolitos Microbianos de UC San Diego recopilaron más de 100 millones de puntos de datos de 60.000 muestras microbianas distintas recolectadas por científicos de todo el mundo. Esta base de datos fue seleccionada meticulosamente a partir de contribuciones de la comunidad y curación de metadatos e incluye microbios de plantas, suelos, océanos, lagos, peces, animales terrestres y humanos.

Al cruzar una muestra experimental con esta enorme biblioteca de microbios individuales, microbeMASST puede detectar qué microbios están presentes en esa muestra.

«No existe ninguna herramienta que pueda hacer esto y la nuestra puede hacerlo en segundos», añadió Zuffa.

Debido a que microbeMASST puede identificar microbios en una muestra sin ningún conocimiento previo, los investigadores confían en que las aplicaciones de la tecnología se extienden a múltiples campos de la biología, como la acuicultura, la agricultura, la biotecnología y el estudio de las condiciones de salud mediadas por microbios.

«Anticipamos que microbeMASST será un recurso transformador para la comunidad de investigación de ciencias biológicas», dijo Dorrestein. «Además, la herramienta solo mejorará con el tiempo a medida que la comunidad recopile más datos para hacer referencia al sistema».