EL MICROBIOMA HUMANO Por qué las bacterias que se encuentran en nuestro cuerpo pueden revolucionar la medicina del futuro

El ser humano tiene en su sistema digestivo 20 000 especies diferentes de bacterias, con un peso que oscila entre 900 g y 1,4 kg. Los investigadores están comenzando a entender el vínculo de estas bacterias, llamadas colectivamente «microbioma humano», con una sorprendente variedad de enfermedades, y quizá también con su curación.

Según los científicos, el ser humano tiene en su sistema digestivo 20 000 especies diferentes de bacterias. Estas bacterias, llamadas colectivamente «microbioma humano», se han relacionado con una asombrosa variedad de enfermedades, como la diabetes, la obesidad, el asma y las enfermedades autoinmunes. También están vinculadas a la depresión y a la salud mental en general.

Los científicos pueden identificar las bacterias descodificando el ADN con máquinas de secuenciación genética, lo que marca el comienzo de una nueva era en el estudio de la salud humana.

Investigadores de Estados Unidos, Europa y China se apresuran a poner todos estos conocimientos al servicio de la ciencia. Es un tema de una complejidad asombrosa. Los científicos no saben cómo interactúan entre sí las diferentes poblaciones de bacterias, ni tampoco entienden los mecanismos específicos por los cuales las bacterias afectan a la salud de un huésped humano. Sin embargo, lo que sí saben es que personas de diferentes partes del mundo tienen grupos de bacterias muy distintos. Esto les hace sospechar que las diferentes combinaciones de bacterias podrían explicar por qué los habitantes de algunos países son más propensos a sufrir determinadas enfermedades que otros. En definitiva, la pregunta que se plantean los científicos es si se podrían prevenir o curar enfermedades controlando la microbiota del intestino de las personas.

UNA COMPLEJIDAD DE LO DESCONOCIDO

Como pionero en este campo y jefe del proyecto American Gut —el mayor proyecto de ciencia abierto a nivel internacional para entender la diversidad microbiana del intestino humano—, Rob Knight es uno de los científicos más importantes del mundo en el ámbito del microbioma humano.

«La complejidad del microbioma probablemente supera la complejidad del cáncer debido a la enorme cantidad de genes implicados, el número de configuraciones y el número de atracciones entre células», explica Knight. «Los microbios contienen muchos más genes que el ser humano, y existen muchas más conexiones entre ellos.»

En términos puramente tecnológicos, la clave está en lograr abaratar el coste de descifrar un gen, es decir, seguir trabajando en el avance de las máquinas de secuenciación de ADN.

«El gran reto radica en la secuenciación del ADN», continúa Knight. «En la actualidad, secuenciar cada lote de ADN tiene un precio elevado, y es necesario acumular muchas muestras para ponerlas en el secuenciador.»

El BGI (antiguamente conocido como Beijing Genomics Institute), con sede en Shenzhen (China), es la institución que más máquinas de secuenciación de ADN adquiere en todo el mundo. Este organismo está realizando investigaciones en muchos ámbitos de la genómica, como por ejemplo, las bacterias del sistema digestivo en recién nacidos.

DESCIFRAR LOS DATOS

La complejidad del microbioma, sin embargo, hace que el análisis del Big Data parezca un juego de niños. El proyecto American Gut utiliza los protocolos de extracción de ADN de MO BIO Laboratories, una empresa de biotecnología de Carlsbad (California, EE. UU.). Posteriormente, procesa los resultados en la red de supercomputación de la Universidad de California o mediante Amazon Web Services, un proveedor de servicios en la nube.

«PARA AVANZAR EN ESTOS CAMPOS, DEBEMOS HACER ALGO QUE HACE UNA DÉCADA SE CONSIDERABA UNA HEREJÍA: FACILITAR LA CONVERGENCIA DE LAS DISTINTAS DISCIPLINAS CIENTÍFICAS.»

DAVID AGUS PROFESOR DE MEDICINA E INGENIERÍA, DIRECTOR DEL CENTRO DE MEDICINA MOLECULAR APLICADA DE LA UNIVERSIDAD DE CALIFORNIA DEL SUR

Todos estos campos están evolucionando con rapidez y son fundamentales para poder estudiar el microbioma. «Es como tener que decidir qué es lo más importante para hacer un pastel: ¿la harina, los huevos o el azúcar?», plantea Knight. «Lo cierto es que se necesitan todos los ingredientes para que salga bien.»

Hasta la fecha, se han analizado las bacterias de unas 6000 personas en el marco del proyecto American Gut, pero el análisis de los datos resulta complejo incluso para los médicos.

CIENCIAS CONVERGENTES

«Dejando de lado la tecnología, los científicos que quieran desentrañar los secretos del microbioma tendrán que cambiar su forma de investigar», afirma David Agus, profesor de Medicina e Ingeniería, director del Centro de Medicina Molecular Aplicada de la Universidad de California del Sur en Beverly Hills (EE. UU.) y destacado investigador del cáncer que está ampliando su campo de investigación al microbioma.

«En mi equipo colaboran físicos, matemáticos y biólogos», añade Agus. «Para avanzar en estos campos, debemos hacer algo que hace una década se consideraba una herejía: facilitar la convergencia de las distintas disciplinas científicas.»

El equipo de Agus utiliza la computación paralela masiva, un tipo avanzado de supercomputación que se sirve de un gran número de procesadores o equipos independientes para realizar una serie de cómputos coordinados de forma simultánea.

Agus sostiene que es una locura insistir en establecer cada dato —por ejemplo, cómo una población de bacterias se relaciona con otra— porque esto está fuera del alcance incluso de las supercomputadoras más potentes, y no parece que esto vaya a cambiar en un futuro próximo.

Según él, es mejor desarrollar teorías «aproximadas». Una teoría aproximada es que fumar aumenta el riesgo de padecer cáncer de pulmón, si bien todavía no se conoce la conexión exacta entre ambos hechos. Agus recomienda utilizar un enfoque similar basado en el sentido común para el novedoso campo del microbioma.

«Se trata de un sistema emergente complejo», afirma. «Para tratar de entender cada dato hay que verlo desde la perspectiva de la modelización, no con un enfoque reduccionista.»

RESPUESTA DEL SECTOR

Aunque estas investigaciones todavía están en las primeras fases de desarrollo, algunos sectores ya están dando señales de querer sacar provecho. Por ejemplo, para dar una respuesta médica a una superbacteria resistente a los antibióticos, Clostridium difficile (o C. diff.), que mata a miles de personas al año, se pueden utilizar trasplantes de la microbiota fecal. Así, para eliminar las bacterias C. diff de un paciente, se le realiza un trasplante colonoscópico de microbiota fecal de un donante sano.

20 000

De promedio, los seres humanos tienen 20 000 especies diferentes de bacterias en el sistema digestivo.

Si bien este método se ha demostrado eficaz en casos de C. diff en los EE. UU., la Food and Drug Administration no lo ha autorizado para luchar contra ningún otro desequilibrio bacteriano. Por lo tanto, algunas farmacéuticas han desarrollado cápsulas con materia fecal tratada que se pueden ingerir por vía oral con el mismo objetivo: modificar el equilibrio bacteriano del intestino.

Otro campo en plena eclosión es el de los probióticos, que se toman por vía oral para aumentar el número de bacterias «buenas». Gracias a un gran descubrimiento realizado por Karl Seddon, titulado en Ingeniería Biomédica por la Universidad de Oxford (Reino Unido), los probióticos pueden pasar intactos hasta el intestino grueso a través del tracto digestivo. Una vez allí, cada dosis —del que ha acabado siendo el producto estrella de la empresa británica Elixa Probiotic Ltd.— libera 50 veces más bacterias beneficiosas que cualquier otro suplemento probiótico. Tras un tratamiento de seis días, según Elixa, se liberan tres billones de unidades de bacterias «buenas» en el microbioma del usuario, mientras que el promedio de los probióticos contiene 10 000 millones de unidades. Como se consideran un complemento alimenticio, las cápsulas de Elixa se venden sin receta en muchos países.

MODIFICAR EL ECOSISTEMA

De todos modos, estas técnicas son insuficientes si se comparan con el objetivo de saber qué es lo que ocurre exactamente cuando las distintas bacterias interactúan con el huésped humano.

A más largo plazo, se podrían lograr grandes éxitos si las farmacéuticas o empresas de alimentación descubren cómo modificar productos existentes o desarrollar nuevos productos que tengan un efecto sobre el microbioma que repercuta en la salud de forma positiva. En la actualidad, la industria alimentaria lleva ventaja porque las compañías farmacéuticas, por regla general, tratan de identificar una molécula, patentarla y llevar a cabo ensayos clínicos para obtener la aprobación de las agencias reguladoras del gobierno, y este proceso es largo y costoso.

La enorme complejidad matemática del microbioma también puede hacer necesaria una mezcla de diferentes sustancias para remodelarlo. En opinión de Scott J. Parkinson, jefe del grupo de Salud Gastrointestinal y Microbioma del Instituto de Ciencias de la Salud de Nestlé en Lausana (Suiza), puede que una solución de una sola molécula no resulte eficaz. «La gente es cada vez más consciente de que el objetivo no es modificar una sola bacteria», explica Parkinson. «Lo que intentamos es cambiar un ecosistema.»

A partir de aquí, es fácil imaginar el enorme abanico de posibilidades que se abre. Si Nestlé pudiera adaptar sus productos de leche infantil —que es solo una de las muchas líneas de producto de la empresa— a distintos tipos de niños de ubicaciones geográficas diferentes, se podrían obtener enormes beneficios tanto para la salud como económicos.

«Nestlé y otras empresas alimentarias están invirtiendo grandes cantidades de dinero en investigar el microbioma y aplicar los resultados al desarrollo de productos», añade Parkinson. «Por ejemplo, podríamos investigar productos que combinen los conocimientos que tenemos sobre lípidos, hidratos de carbono y proteínas, y que se centren en múltiples niveles del microbioma para lograr el ecosistema que buscamos en poblaciones de pacientes muy específicas. Posteriormente, podríamos ampliar la investigación para adaptar los productos a distintos tipos de consumidores o pacientes.»

Parkinson está de acuerdo con Agus en que a corto plazo va a ser imposible descifrar los secretos del microbioma. Al menos por ahora, será necesario seguir aplicando el método científico de toda la vida para formular hipótesis y luego probarlas. La forma en que un individuo responde a un fármaco en particular, por ejemplo, podría servir de marcador para dar pistas sobre su microbioma.

Es un reto global que cada vez concentra más esfuerzos. Muchas personas que padecen enfermedades incurables esperan poder encontrarse respuestas muy pronto. ◆

por William J. Holstein Ir arriba