Para los investigadores que estudian las posibles conexiones entre la salud humana y los billones de microbios que habitan en nuestro tracto digestivo, lo que hace que el trabajo sea tan emocionante es también lo que lo hace desafiante.

A pesar de años de esfuerzo, incluida la secuenciación de los microbios intestinales de miles de voluntarios, las funciones de la gran mayoría de las proteínas que se encuentran en esta comunidad microbiana —hasta el 85 por ciento— siguen siendo un misterio. Muchas de estas proteínas son probablemente enzimas, los catalizadores biológicos que permiten a los organismos vivos realizar reacciones químicas. Algunas enzimas del microbioma intestinal humano podrían estar realizando procesos químicos que son críticos para la salud, pero que actualmente no se reconocen.

Pero una nueva herramienta desarrollado por Emily Balskus de Harvard, el Profesor Asociado Morris Kahn de Química y Biología Química, en colaboración con Curtis Huttenhower, profesor asociado de biología computacional y bioinformática en Harvard T.H. Escuela Chan de Salud Pública, puede ayudar a los investigadores a identificar con mayor precisión las enzimas presentes en los microbiomas y cuantificar su abundancia relativa. La técnica se describe en un artículo publicado en Ciencias .

"Esto es algo interesante de poder hacer, porque con nuestro método ... además de identificar enzimas microbianas conocidas, podemos obtener información sobre la distribución y abundancia de enzimas con actividades desconocidas, ", Dijo Balskus." Un desafío importante asociado con los microbiomas ha sido cómo interrogar el potencial genético no caracterizado de estas comunidades. ¿Cómo se pasa de los genes del microbioma humano a las nuevas actividades metabólicas microbianas? … Y creemos que esta podría ser una herramienta para hacer eso ".

Armados con la nueva técnica, Balskus y Huttenhower pudieron apreciar por primera vez cuán común era una enzima radical glicilo no caracterizada en el microbioma intestinal humano sano. También pudieron dilucidar qué hace realmente esta enzima.

El laboratorio de Balskus estudia las enzimas de radicales glicilo porque son una de las familias de proteínas más abundantes en el microbioma intestinal humano.

"Esta enzima no caracterizada fue la segunda enzima de radicales glicilo más abundante en todas las personas secuenciadas como parte del Proyecto del Microbioma Humano, y su distribución universal sugirió fuertemente que estaba haciendo algo importante ", dijo Balskus." Resulta tener una función fascinante. Permite que los microbios metabolicen un aminoácido llamado 4-hidroxiprolina, que es un componente importante del colágeno, la proteína más abundante del cuerpo humano. Hemos descubierto cómo los microbios utilizan este aminoácido para crecer en el entorno anaeróbico del intestino humano ".

Con esa información en mente, Balskus agregado, los investigadores pueden investigar una serie de preguntas adicionales.

"Ahora que sabemos que esta actividad es muy abundante en este hábitat microbiano, podemos comenzar a explorar una serie de nuevas ideas sobre por qué podría estar presente, y cómo podría estar afectando al huésped humano y a otros microbios, " ella dijo.

Sin este tipo de herramienta, Balskus dijo:Es increíblemente difícil descubrir una química nueva en el microbioma intestinal debido a las similitudes que comparten muchas enzimas.

"Estábamos interesados ​​en el desafío de distinguir a los miembros de la misma familia de enzimas que tienen diferentes actividades entre sí, ", dijo." Los miembros de una familia humana pueden estar estrechamente relacionados pero tienen ocupaciones muy diferentes, y este también es el caso de las familias de enzimas. Una familia de enzimas puede ser similar en términos de sus secuencias de aminoácidos, pero los miembros individuales de la familia a menudo han evolucionado para realizar transformaciones químicas muy diferentes ".

Balskus espera que la nueva técnica permita a los investigadores identificar y caracterizar nuevas enzimas en un esfuerzo por comprender mejor los procesos metabólicos de las comunidades microbianas y su impacto en los organismos y entornos circundantes.

"Espero que esto sea una contribución importante y un paso para abordar este enorme problema de las proteínas no caracterizadas en las comunidades microbianas, ", dijo." Este es un problema no solo para el microbioma intestinal humano, pero para cualquier comunidad microbiana. ¡Y estas comunidades están literalmente en todas partes de la Tierra! "

Avanzando, Balskus cree que la técnica podría incluso arrojar algo de luz sobre cómo el microbioma intestinal humano afecta la salud humana.

"En el futuro, podemos empezar a pensar en cosas como análisis comparativos, ", dijo." En este artículo sólo analizamos datos de seres humanos sanos. Pero realmente nos gustaría comparar la abundancia de enzimas en microbiomas de individuos sanos y pacientes que padecen diversas enfermedades. Esto podría darnos una idea de cómo las actividades metabólicas en el microbioma intestinal podrían estar cambiando con la enfermedad. Si hay ciertas enzimas que son particularmente abundantes en pacientes con una enfermedad determinada, podrían ser posibles dianas terapéuticas ".