Un esfuerzo colaborativo de un equipo de investigadores de tres instituciones, incluido el Laboratorio de Biología Marina (MBL) en Woods Hole, el Instituto Forsyth en Cambridge y la Universidad de Washington en St. Louis proporcionaron un primer vistazo de cómo las comunidades microbianas en el intestino, conocidas colectivamente como microbioma intestinal, están organizadas espacialmente, descubriendo un sorprendente grado de mezcla entre diferentes miembros bacterianos.

El estudio, que aparecerá en la edición del 13 de octubre de Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS) , es el primero en examinar la estructura tridimensional de una variedad diversa de microbios intestinales y descubre algunas diferencias marcadas entre el paisaje microbiano del intestino y el de otros sitios del cuerpo, como la boca.

"Nadie ha visto una comunidad microbiana compleja en el intestino de esta manera antes, "dijo el autor principal Gary Borisy, investigador de investigación senior en el Instituto Forsyth. "Si realmente queremos comprender el papel del microbioma, no es suficiente saber qué microbios están presentes. También debemos aprender lo que están haciendo, con quién están hablando y por qué. Parte de la respuesta a ese problema es averiguar quién está al lado de quién y quién está al lado de qué ".

Eso es precisamente lo que Borisy y sus colegas, incluida la primera autora Jessica Mark Welch del Laboratorio de Biología Marina y colegas del laboratorio Gordon de la Universidad de Washington en St. Louis, propuesto hacer. El equipo de investigación introdujo 15 especies bacterianas diferentes en ratones libres de gérmenes, creando un modelo humanizado del microbioma intestinal. Aunque es solo una representación parcial del conjunto completo de microbios que se encuentran típicamente en el intestino humano, esta comunidad microbiana simplificada brindó una oportunidad clave para explorar cómo los microbios se ensamblan en vecindarios distintos.

"Usamos sondas que iluminaban cada una de las especies bacterianas con un color diferente, para que pudiéramos ver exactamente cómo se organizaron las bacterias entre sí y en relación con puntos de referencia como la comida y el tejido del huésped, "dijo Jessica Mark Welch, científico asociado del Laboratorio de Biología Marina.

Basado en estudios previos del microbioma intestinal, así como en su propia investigación sobre el microbioma oral (específicamente la placa que se forma en los dientes), el equipo de investigación esperaba ver una cantidad significativa de estructura.

"En los sitios que hemos examinado hasta ahora en la boca, Vemos comunidades microbianas altamente ordenadas, tanto que podría imaginarlas como órganos multicelulares, como un hígado o un timo, "explicó Borisy." Están hechos de células bacterianas, por supuesto, pero hay muchos tipos de células diferentes organizadas de una manera muy estructurada como un órgano del cuerpo ".

Pero eso no es lo que encontraron. En el intestino los investigadores observaron un alto grado de mezcla entre microbios, no una mezcla completamente homogénea, pero aún muy entremezclado. "Lo comparamos con un biorreactor, donde las cosas se mueven y se mezclan bien, "añadió Borisy.

Aunque este modelo de microbioma intestinal carecía de una estructura muy organizada, los investigadores identificaron algunos "micro" hábitats, donde las células bacterianas tienden a congregarse. Estos sitios incluyen el tejido que recubre la superficie interior del intestino (el "epitelio"), que normalmente está recubierto con una capa de moco. También incluyen el espacio central (el "lumen"), donde se recolectan los alimentos y la mucosidad. Si bien las poblaciones microbianas en estos lugares variaron algo en su composición general, es decir, las proporciones relativas de las diferentes bacterias pueden fluctuar:los investigadores no observaron diferencias marcadas, como una especie bacteriana que se encuentra exclusivamente en un sitio y no en otro.

"Creemos que el anfitrión está homogeneizando la comunidad microbiana, utilizando contracciones musculares para mezclar el contenido del intestino y empujarlo contra la pared intestinal, y desprendiendo moco y células epiteliales de la pared al lumen, ", agregó Mark Welch." Puede ser que esta mezcla sea lo que permite una relación estable entre el huésped y los microbios ".

La capacidad de los investigadores para resolver esta intrincada imagen microbiana fluye de una estrategia experimental en la que Borisy y sus colegas combinan tecnologías y métodos sofisticados. Estos incluyen técnicas químicas que permiten etiquetar 15 microbios diferentes; métodos de imagen avanzados que pueden detectar y resolver estas etiquetas; microscopía de vanguardia que puede cortar tejidos ópticamente (en lugar de físicamente) para visualizar complejos, especímenes tridimensionales; y software que facilita el análisis y reconstrucción de cientos de imágenes biológicas. Este enfoque innovador se aplicó por primera vez a estudios del microbioma de placa, publicado por Borisy y sus colegas en 2016, y más recientemente al microbioma intestinal, como se describe en su nuevo estudio PNAS.

Aunque el microbioma intestinal puede parecer desconectado de los que se encuentran en otras partes del cuerpo, hay lecciones cruciales que pueden surgir al estudiarlas de manera holística. La mayor parte del trabajo del Instituto Forsyth se centra en el microbioma oral con el objetivo principal de comprender mejor las comunidades microbianas. Además de comprender mejor cuáles son las reglas para gobernar un microbioma en particular mediante el estudio de una variedad de sitios en el cuerpo, También es posible que las comunidades microbianas, aunque estén físicamente separadas, puedan interactuar de formas que influyan en la salud.

Borisy enfatizó que este tipo de investigación de microbiomas está en su infancia. Sin embargo, es esencial para desarrollar un conocimiento profundo de la función microbiana. "Imagina que vienes a Boston y alguien te entrega un directorio telefónico de todos los que viven allí. Eso es genial, ahora tienes una lista de quiénes están allí. Pero dime, ¿Cuánto ha aprendido acerca de Boston como ciudad? "