Proyecto Microbioma Humano

El Proyecto Microbioma Humano ( HMP )  es una iniciativa de  investigación de los Institutos Nacionales de Salud para comprender mejor la microflora humana y sus implicaciones para la salud humana y temas relacionados. La primera fase del proyecto lanzado en 2007 [1] se centró en la identificación y caracterización de la microflora humana . La segunda fase, conocida como Proyecto Integrativo del Microbioma Humano (HMP), comenzó en 2014 con el objetivo de desarrollar una base de recursos para caracterizar el microbioma y dilucidar el papel de los microbios en la salud humana y los estados de enfermedad. Este programa recibió US$170 millones en apoyo financiero del Fondo General de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU . de 2007 a 2016. [2]

Los métodos de caracterización de la comunidad microbiana sin cultivo, como la metagenómica (que abre una perspectiva genética amplia dentro de una comunidad microbiana dada) y la secuenciación extensa del genoma completo (que brinda una mirada "profunda" a ciertos aspectos de una comunidad microbiana particular, se han convertido en componentes importantes de HMP, es decir, especies individuales de bacterias). El último componente del estudio sirvió a la causa de la secuenciación específica del genoma (actualmente,  se planea secuenciar alrededor de 3000 aislados bacterianos individuales) durante el análisis metagenómico posterior. El proyecto también financió la secuenciación "profunda" del ARNr 16S bacteriano en el contexto de la amplificación por PCR en humanos observados. [3]

Introducción

Incluso antes del lanzamiento de PMP, a menudo se informaba en los medios populares y en la literatura científica que había unas 10 veces más células microbianas y 100 veces más genes microbianos que células humanas en el cuerpo humano. Estos números se basaron en una estimación del microbioma humano, que contiene alrededor de 100 billones de células bacterianas, mientras que un adulto típico tiene alrededor de 10 billones de células humanas. [4] En 2014, la Sociedad Estadounidense de Microbiología publicó un folleto que enfatiza que la cantidad de células microbianas y la cantidad de células humanas son aproximadamente iguales. También se señaló que en el curso de estudios recientes, los científicos llegaron a la conclusión de que las células humanas suman aproximadamente 37 billones, en referencia a la proporción de células microbianas a células humanas de 3:1. [5] En 2016, otro grupo publicó una nueva estimación de la relación 1:1 (1,3:1, con un 25 % de incertidumbre y un 53 % de variación entre una población masculina típica de 70 kg). [6] [7]

A pesar de las diferentes estimaciones de la gran cantidad de microbios dentro y fuera del cuerpo humano, se sabía poco sobre su papel en la salud humana (y la mala salud). Muchos de los organismos que componen el microbioma no se han aislado, identificado o caracterizado de otra manera con éxito. Los organismos que se cree que se encuentran en el microbioma humano se incluyen en la definición de bacterias , miembros del dominio Archaean , levaduras y protozoos , así como varios helmintos y virus , incluidos los virus que infectan células en el microbioma humano ( bacteriófagos ). PMC actuó como descubridor y descriptor del microbioma humano, centrándose en las regiones oral, dérmica, vaginal, gastrointestinal y respiratoria del cuerpo.

El HMP tiene como objetivo responder algunas de las preguntas científicas más inspiradoras, molestas y simplemente básicas de la actualidad. Lo que es más importante, el proyecto tiene el potencial de eliminar las barreras artificiales entre la microbiología en la medicina y el medio ambiente. Quizás MMP no solo proporcione nuevas formas de definir la salud y la susceptibilidad a la enfermedad, sino que también aclarará los parámetros necesarios para crear, aplicar y evaluar estrategias para el manejo consciente de la microflora humana con el fin de lograr un nivel cualitativamente nuevo en el contexto de una salud fisiológica óptima. . [ocho]

HMP ha sido descrito como "una continuación lógica, conceptual y experimental del Proyecto Genoma Humano" . [9] En 2007, PMP se incluyó en la hoja de ruta de investigación médica [10] de los Institutos Nacionales de Salud de EE . UU. como uno de los nuevos caminos hacia el descubrimiento . La caracterización organizada del microbioma humano se lleva a cabo internacionalmente a través del Consorcio Internacional del Microbioma Humano .

Primera fase (2007–2014)

Al unir los esfuerzos de muchas instituciones, [11] el PMC se fijó las siguientes tareas [12] :

• Desarrollar un conjunto de resultados elementales de secuenciación del genoma microbiano y hacer una descripción preliminar del microbioma humano
• Explore la relación entre la enfermedad y los cambios en el microbioma humano
• Desarrollar nuevas tecnologías y herramientas para el análisis informático.
• Establecer una tienda de recursos
• Explore las implicaciones éticas, legales y sociales de la investigación del microbioma humano

Segunda fase (2014-2016)

En 2014, los Institutos Nacionales de Salud de EE . UU. pasaron a la siguiente fase del HMP, mejor conocido como Proyecto Integrativo del Microbioma Humano (HMP).

El proyecto combinó tres subproyectos que se implementaron en diferentes instituciones. La misión del proyecto se estableció de la siguiente manera: "... iHMP creará conjuntos de datos longitudinales integrados de propiedades biológicas tanto del microbioma como del "huésped" en base a tres estudios de cohortes diferentes de condiciones dependientes del microbioma utilizando múltiples "-ómicas". (tecnologías)".

Los métodos de investigación incluyeron perfiles de expresión génica 16S rRNA , metagenómica completa de escopeta , secuenciación del genoma completo, metatranscriptómica (expresión de genes microbianos en hábitats naturales), metabolómica , lipidómica e inmunoproteómica [13] . Los hallazgos clave del iHMP se publicaron en 2019. [catorce]

Logros de PMC

Hasta la fecha, el impacto del MMP puede determinarse en parte evaluando la investigación financiada a través del MMP. Más de 650 publicaciones arbitradas se publicaron en el sitio web de PMC desde junio de 2009 hasta finales de 2017 y se citaron más de 70 000 veces [15] . Ahora el sitio del proyecto está archivado y ya no se actualiza, aunque los datos todavía están disponibles públicamente. Las principales categorías de trabajo apoyadas por el MMP incluyen:

• El desarrollo de sistemas de bases de datos que le permitan organizar, almacenar, usar, explorar y comentar de manera efectiva grandes cantidades de información. Estos incluyen la base de datos Integrated Microbial Genomes y el sistema de evaluación comparativa [16] ; conjuntos de datos metagenómicos que integran genomas microbianos aislados [16] ; una base de datos de proteínas bioquímicamente descritas [17] ; así como una base de datos genómica en línea para monitorear el estado de los proyectos genómicos y metagenómicos en todo el mundo con sus metadatos asociados [18] .
• Desarrollo de herramientas de evaluación comparativa que facilitan el reconocimiento de elementos comunes, temas principales y tendencias en conjuntos de datos complejos. Estos incluyen una herramienta de búsqueda de similitud de proteínas rápida y estructurada para la próxima generación de secuenciación genética [19] ; una herramienta de ajuste de ARN basada en la web [20] ; servidor web personalizable para secuenciación metagenómica rápida [21] ; así como una herramienta para la generalización precisa y eficiente de los marcadores filogenéticos [22] .
• Desarrollo de nuevos métodos y sistemas de recogida de arrays de información sobre secuenciación. No existe un único algoritmo que pueda resolver todos los problemas conocidos de recopilar secuencias de longitud corta [23] , por lo que los programas de recopilación de las próximas generaciones serán recopilaciones modulares de herramientas de recopilación de datos [24] . Se han desarrollado nuevos algoritmos para mejorar la calidad y la utilidad de los proyectos de secuencias genómicas [25] .
• Compilación de un catálogo de genomas guía secuenciados de cultivos bacterianos puros de numerosos sitios del cuerpo con los que se pueden comparar los resultados metagenómicos. El plan original de identificar 600 genomas se cumplió en exceso hace mucho tiempo; el plan actual es incluir 3.000 genomas secuenciados al menos en estado de "semiborrador" en este catálogo de referencia. Hasta marzo de 2012, se han catalogado 742 genomas [26] .
• Establecimiento de un Centro de Análisis y Coordinación de Datos que sirva como depósito central para toda la información del PMC [27] .
• Realización de diversas observaciones relacionadas con los aspectos legales y éticos de la investigación en el campo de la secuenciación del genoma completo [28] [29] [30] [31] .

Los logros reales del PMH incluyen:

• Nuevos métodos predictivos para determinar uniones activas de factores de transcripción [32] .
• Identificación basada en pruebas bioinformáticas de un precursor de transporte de electrones producido en los ribosomas de forma generalizada [33] .
• Imagen en cámara lenta del microbioma humano [34] .
• Identificación de adaptaciones únicas utilizadas por bacterias filamentosas segmentadas (SNB) como simbiontes intestinales [35] . La importancia de los SNB es que estimulan las células T auxiliares 17 que se cree que desempeñan un papel clave en las enfermedades autoinmunes .
• Identificar formas de diferenciar entre microbiota intestinal sana y enferma [36] .
• Determinación del papel dominante hasta ahora no identificado de Verrucomicrobia en las comunidades bacterianas del suelo [37] .
• Determinación de factores que afectan la fuerza de la virulencia de cepas de la bacteria Gardnerella vaginalis en vaginosis . [38]
• Determinación de la relación entre la microbiota oral y la aterosclerosis [39] .
• Demostración del intercambio de factores de virulencia entre representantes patógenos del género Neisseria de bacterias involucradas en el desarrollo de meningitis , sepsis y enfermedades de transmisión sexual , y sus simbiontes [40] .

Hallazgos inesperados

Junto con la creación de una base de datos de referencia sobre el microbioma humano , PMP también realizó varios hallazgos inesperados:

• Los microbios aportan más genes a la supervivencia humana que los genes humanos por sí solos. Se ha encontrado que los genes bacterianos para la codificación de proteínas son 360 veces más comunes que los genes humanos similares.
• Actividad metabólica microbiana: por ejemplo, la absorción de grasas, que no depende de los mismos tipos de bacterias. La investigación está en curso.
• Los componentes del microbioma humano cambian con el tiempo bajo la influencia de cambios de enfermedades y medicamentos. Sin embargo, el microbioma de alguna manera vuelve a un estado de equilibrio (agotado), incluso si la composición bacteriana ha cambiado.

Uso clínico

Según los datos de PMC, se reveló un agotamiento del microbioma vaginal en la gran mayoría de las mujeres observadas inmediatamente antes del parto, así como una alta carga de ADN viral en la microflora nasal de los niños con casos inexplicables de fiebre. Además, se confirmó un cambio en el estado (agotamiento) del microbioma en diversas enfermedades del tracto digestivo, piel, órganos reproductivos y trastornos mentales (especialmente en niños y adolescentes) [41] .

Véase también

• microbioma humano

Notas

1. ↑ Proyecto microbioma humano : Diversidad de microbios humanos mayor que la predicha anteriormente  . Ciencia diaria. Consultado el 13 de noviembre de 2019. Archivado desde el original el 13 de noviembre de 2019.
2. ↑ Proyecto Microbioma Humano - Inicio | Fondo Común NIH . commonfund.nih.gov. Consultado el 13 de noviembre de 2019. Archivado desde el original el 1 de mayo de 2020. (indefinido)
3. ↑ Proyecto Microbioma Humano - Inicio | Fondo Común NIH . commonfund.nih.gov. Consultado el 13 de noviembre de 2019. Archivado desde el original el 17 de mayo de 2017. (indefinido)
4. ↑ Evaluación del microbioma humano (enlace no disponible) . Consultado el 13 de noviembre de 2019. Archivado desde el original el 31 de diciembre de 2016. (indefinido) 
5. ↑ Judá L. Rosner. ¿Diez veces más células microbianas que células corporales en humanos?  (Inglés)  // Revista Microbe. — 2014-02-01. — vol. 9 , edición. 2 . — Pág. 47–47 . — ISSN 1558-7460 1558-7452, 1558-7460 . -doi : 10.1128/ microbio.9.47.2 . Archivado desde el original el 13 de noviembre de 2019.
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Enlaces

• Página de información oficial del proyecto "Microbioma Humano"