Microbiomas, comunidades de organismos unicelulares, están en todas partes en la naturaleza. Desempeñan un papel importante en la salud y la agricultura, sin embargo, sabemos sorprendentemente poco sobre ellos. La nanociencia podría ayudar.

En una discusión de largo alcance, dos importantes investigadores hablaron con la Fundación Kavli sobre cómo la nanociencia puede ayudarnos a comprender y manipular los microbiomas naturales.

Los microbiomas son comunidades de bacterias, hongos protozoos, algas, otros microbios unicelulares, y virus que interactúan entre sí de formas complejas. Estos ecosistemas son enormemente complejos. Unos pocos gramos de suelo o sedimento marino pueden contener hasta varios cientos de miles de especies diferentes de microbios.

"Hay todas estas químicas asombrosas que realizan los microbios que pueden hacer cosas realmente maravillosas para la humanidad, como proporcionar nuevos antibióticos y nutrientes para los cultivos. Es prácticamente un recurso ilimitado de novedad y química, si podemos desarrollar herramientas mejoradas para aprovecharlo, "dijo Eoin Brodie, científico del personal del Departamento de Ecología del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.

En el pasado, Los investigadores han tratado de comprender estas comunidades cultivando diferentes microbios en culturas y observando sus comportamientos. Sin embargo, solo una pequeña fracción de estos microorganismos crece en cultivos puros.

La nanociencia podría proporcionar nuevas formas de desentrañar estos complejos ecosistemas, según Jack Gilbert, investigador principal de la División de Biociencias del Laboratorio Nacional Argonne.

Una forma de obtener información sobre los microbiomas es etiquetar un aminoácido o una partícula de alimento con puntos cuánticos e irradiarlos para que brillen. Esto mostraría qué microbios estaban activos y cómo responden a diferentes estímulos ambientales a lo largo del tiempo. Gilbert explicó.

La nanociencia también podría ayudar a los investigadores a "eliminar" especies del microbioma de la misma manera que eliminamos genes en el ADN. Esto permitiría a los científicos estudiar qué aportan las cepas individuales a la comunidad.

Brodie cree que podríamos usar sensores a nanoescala similares a los que se están desarrollando para investigar el cerebro para estudiar el suelo. Estos dispositivos del tamaño de un chip serían económicos y funcionarían con ondas de radio, por lo que no necesitarían baterías para tomar lecturas y transmitir datos. Los investigadores podrían sembrar el suelo con decenas de miles de estos sensores y observar cómo cambia el microbioma a medida que las raíces de las plantas atraviesan el suelo.

Sensores similares podrían ayudarnos a comprender cómo las bacterias desarrollan resistencia a los antibióticos y forman reservorios de enfermedades en los hospitales. dijo Gilbert, que está estudiando la evolución de los microbiomas en las instalaciones médicas.

Tanto Brodie como Gilbert creen que podríamos lograr resultados importantes manipulando microbiomas.

Brodie, por ejemplo, cree que al modificar las colonias de bacterias que transforman el nitrógeno atmosférico en fertilizante y que ya viven en muchas plantas, podríamos reducir o eliminar la necesidad de fertilización.

Gilbert cree que los microbiomas podrían mejorar la salud. Un creciente cuerpo de investigación vincula los trastornos inflamatorios como el asma y el eccema con la salud del microbioma personal. Gilbert está tratando de crear hábitats ideales para microbiomas saludables en nuestros hogares, edificios de oficinas, y espacios públicos. Estos hábitats expondrían a la gente, especialmente los bebés, a los microbios que necesitan para fortalecer su sistema inmunológico.

Gilbert llama a la confluencia de la investigación en nanociencia y microbioma un campo incipiente.

Brodie está de acuerdo:"Es evidente que tenemos que trabajar en todas las disciplinas y seguir ampliando nuestras redes de investigadores. Tenemos que seguir extendiéndonos".