Todos los organismos multicelulares, desde los organismos animales y vegetales más simples hasta los humanos, viven en estrecha asociación con una multitud de microorganismos, el llamado microbioma, que colonizan sus tejidos y viven en relaciones simbióticas con el huésped.
Muchas funciones vitales, como la absorción de nutrientes, la regulación del sistema inmunológico o los procesos neurológicos, resultan de las interacciones entre el organismo huésped y los simbiontes microbianos. La cooperación funcional entre el huésped y los microorganismos, lo que los científicos denominan metaorganismos, se investiga detalladamente en el Centro de Investigación Colaborativa (CRC) 1182 Origen y función de los metaorganismos de la Universidad de Kiel.
Los científicos sospechan que el microbioma puede contribuir significativamente a la adaptación ambiental y al fitness de un organismo en su conjunto. Ven una razón para esto en la rápida adaptabilidad de los microorganismos, que pueden reaccionar mucho más rápido a las condiciones ambientales cambiantes que los organismos huéspedes que generalmente evolucionan más lentamente.
Cómo se establecen la colonización y la composición del microbioma durante el desarrollo individual del organismo huésped es el tema de la investigación actual.
Un equipo del grupo de investigación de Genética y Ecología Evolutiva dirigido por el profesor Hinrich Schulenburg en el Instituto Zoológico de la Universidad de Kiel, junto con otros grupos de investigación del CRC 1182 de diferentes facultades y el Instituto Max Planck de Biología Evolutiva de Plön, ha investigado ahora la dinámica de la colonización del microbioma.
Descubrieron que el microbioma del organismo huésped del nematodo no tiene una composición aleatoria durante un largo período de su vida, lo que sugiere que la comunidad microbiana es el resultado de procesos de selección dirigidos. El estudio se publica en mBio .
Esta suposición está respaldada por el análisis del genoma de las especies microbianas en el microbioma del gusano. Se encontraron numerosos genes que son responsables de ciertas funciones metabólicas que son importantes para el organismo huésped y también son relevantes en otros organismos.
Con estos resultados, los investigadores de Kiel demuestran una vez más que el nematodo Caenorhabditis elegans es especialmente adecuado como organismo modelo informativo para la investigación del microbioma intestinal.
Para estudiar el desarrollo de la composición del microbioma en C. elegans a lo largo del tiempo, la Dra. Agnes Piecyk, ex investigadora del grupo de Genética y Ecología Evolutiva, que planificó y dirigió los experimentos, utilizó una comunidad característica de 43 especies bacterianas diferentes que son Normalmente se encuentra en el nematodo en la naturaleza.
Introdujo esta comunidad microbiana en animales previamente libres de gérmenes y los colonizó en un medio de cultivo en las inmediaciones de los gusanos y en placas de Petri separadas sin ningún contacto con los animales. Luego, los investigadores analizaron cómo la composición de esta comunidad microbiana experimental cambió bajo diversas condiciones durante aproximadamente una semana en seis momentos individuales en el tiempo, lo que corresponde a la vida útil promedio de los oxiuros.
Durante el experimento quedó claro que el tiempo sólo desempeña un papel destacado en las comunidades microbianas asociadas al huésped, es decir, las bacterias que viven en los gusanos. "Su composición cambió de tal manera que algunas especies bacterianas específicas aparecieron con mayor frecuencia", afirma el Dr. Johannes Zimmermann, también investigador del grupo de trabajo de Ecología Evolutiva y Genética, que analizó los datos.
Por ejemplo, las bacterias Ochrobactrum y Enterobacter se acumulan en el intestino del gusano. "Esta dinámica no se puede explicar de manera convincente mediante procesos estocásticos, es decir, en principio aleatorios. Por eso queríamos averiguar si en el cambio dinámico del microbioma del gusano a lo largo del tiempo podrían existir procesos dirigidos", explica Zimmermann.
En el siguiente paso, el equipo de investigación analizó los genomas de los microorganismos del microbioma del gusano que contienen toda la información genética de las comunidades bacterianas a lo largo de la vida de los gusanos. Curiosamente, los investigadores encontraron algunas similitudes sorprendentes entre las comunidades microbianas asociadas al huésped con genes conocidos de la investigación del microbioma humano.
"Nuestra hipótesis es que esto no se debe al azar, sino que está impulsado por interacciones específicas entre el huésped y el microbioma que afectan la composición del microbioma en ciertos puntos de la vida del huésped.
"Una explicación muy plausible para la acumulación de determinadas especies bacterianas en los gusanos en comparación con los grupos de control podría ser que el huésped seleccione específicamente determinadas bacterias y las funciones asociadas a ellas, lo que a su vez resulta ventajoso para el organismo huésped", subraya Zimmermann. .
Esta hipótesis se ve reforzada por el hecho de que las funciones microbianas favorables son universales y van más allá de C. elegans, por ejemplo, la producción de ácidos grasos de cadena corta, vitamina B12 u otras sustancias vitales.
En general, los investigadores concluyen que debido a la dinámica de la composición del microbioma a lo largo de la vida del gusano, las especies bacterianas asociadas desarrollaron ciertas estrategias competitivas y que, en particular, se favorecen aquellas especies que proporcionan ciertas funciones útiles al huésped. En conclusión, los microorganismos colonizadores parecen ser beneficiosos para el organismo huésped en general y, por tanto, le ayudan a adaptarse a su entorno.
"Con nuestro nuevo trabajo, proporcionamos importantes bases conceptuales que amplían nuestra comprensión de la composición y función del microbioma y cómo el organismo huésped influye en su composición", afirma Schulenburg.
"Nuestro estudio basado en la comunidad microbiana experimental muestra una vez más que C. elegans nos proporciona un valioso sistema modelo que también es relevante para comprender procesos fundamentales en el microbioma intestinal humano y sus consecuencias para la salud y la enfermedad", concluye Schulenburg. /P>
Más información: Johannes Zimmermann et al, Las funciones asociadas al intestino se favorecen durante el ensamblaje del microbioma en una parte importante de la vida de C. elegans, mBio (2024). DOI:10.1128/mbio.00012-24
Información de la revista: mBio
Proporcionado por la Universidad de Kiel
