Charla “¿Son las bacterias que habitan en el cuerpo humano nuestras aliadas en la lucha contra el cáncer?”

Esta interesante charla será impartida por Esther Molina, doctora en Farmacia/Química por la Universidad de Granada que actualmente trabaja en el CNIO (Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas). Tendrá lugar el miércoles 18 de septiembre a las 19:00 en Pangea, C/ Príncipe de Vergara 26, Madrid.

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El ocaso del “yo”

En los últimos años ha surgido una tendencia a considerar a los organismos pluricelulares como una comunidad formada por el organismo pluricelular y los microorganismos que habitan en él.  Es lo que se denomina hologenómica, alrededor de la cual se ha desarrollado una teoría evolutiva que explicaremos a continuación.

Antes de nada, vamos a aclarar la terminología utilizada en este campo de estudio:

  • Holobionte es aquel complejo formado por el organismo principal (hospedador) y los microorganismos que viven en él (huéspedes).
  • El conjunto de microorganismos que habitan el cuerpo del hospedador se denomina microbiota.
  • El genoma de la microbiota se denomina microbioma. Es interesante destacar que la suma de los genes microbianos es mayor al número de genes del hospedador.
  • El holobionte posee el genoma del hospedador y el de los huéspedes (microbioma) y esta suma se denomina hologenoma.

En 1991, Lynn Margulis utilizó el término holobionte por primera vez en un capítulo de uno de sus libros. Este término deriva del griego holos (todo, entero) y bio (vida). Holobionte ha sido usado, generalmente, para hablar de la asociación entre animal, alga y bacteria que se da en los corales. Pero recientemente se ha extendido su uso para referirse a otros organismos y su microbiota.

La visión hologenómica de la evolución tiene sus inicios en 1994, en la conferencia dada por Richard Jefferson en Nueva York. En 2007, fue desarrollada por dos autores de forma independiente, Eugene Rosenberg y Ilana Zilber-Rosenberg. Ambos mantienen que el microbioma es más susceptible a sufrir cambios que el genoma del hospedador por lo que debe considerarse la microbiota como pieza fundamental en la evolución del individuo. Es por esto que hablamos del holobionte como unidad de selección y no solo del hospedador (Bordenstein y Theis, 2015).

Podéis ver dicha conferencia en el siguiente canal de YouTube: http://bit.ly/2jwkCD8

Por otro lado, sabemos que la composición de la microbiota va cambiando a lo largo de la vida del individuo por lo que algunos estudios sugieren que debe primar la contribución metabólica que provee la microbiota al hospedador antes que su composición. Esto se debe a que el aporte al metabolismo de los individuos se mantiene a lo largo de la evolución, constituyendo una unidad de selección (http://bit.ly/2h9j7dn).

Hay que tener en cuenta que los organismos incorporan parte de su microbiota del medio ambiente, pero otra es heredada de sus progenitores. Un conocido ejemplo se da en los seres humanos ya que, durante la estancia en el útero, la salida por el canal del parto y la lactancia, se produce un transvase de microorganismos de la madre hacia el bebé.

Esta nueva manera de entender a los organismos como comunidades y no como seres individuales obliga a replantearse los mecanismos evolutivos. Las distintas especies establecen una simbiosis que se mantiene a lo largo del tiempo, siendo los organismos más beneficiosos los que permanecen en el hospedador. Por lo tanto, se da una evolución paralela entre hospedador y huéspedes. Esto es lo que algunos autores denominan como filosimbiosis.

Los investigadores comprobaron que las especies más cercanas evolutivamente tenían una microbiota similar. Pero cuando cambiaban la microbiota de un organismo por la de otro similar, no obtenían buenos resultados por lo que concluyeron que la microbiota endógena seguía siendo la más funcional para el organismo.

La composición de la microbiota no depende exclusivamente de la dieta o del ambiente, sino que es seleccionada según las necesidades del organismo. La microbiota juega un papel fundamental en la reproducción y el bienestar del individuo (http://bit.ly/2y62DGa).

Entre los invertebrados, el ejemplo más conocido es el coral. Este organismo actúa como hospedador de algas zooxantelas y bacterias. Las algas simbiontes le aportan alimento y color al coral. Debido al cambio climático, algunas de estas algas simbiontes están muriendo, dejando a los corales sin sus llamativos colores (proceso denominado blanqueamiento). Por otro lado, las bacterias que habitan en estos corales los protegen contra infecciones por lo que su desaparición, deja al coral a merced de las enfermedades. Esta asociación tan compleja vive en un delicado equilibrio que el ser humano está poniendo en peligro (http://bit.ly/2f2aIE3).

Otro caso se dan en los insectos, donde la microbiota modula la segregación de feromonas, influyendo así en la reproducción.

En cuanto a las aplicaciones de estos conocimientos, sabemos que los antibióticos y otras sustancias pueden alterar nuestra microbiota y por lo tanto, interferir en nuestra salud. Es necesario determinar el papel que juegan estos microorganismos en la salud del individuo para poder esclarecer cómo afectan estas sustancias al holobionte.

La medicina se ve beneficiada con el estudio de la microbiota como un “órgano” más del cuerpo ya que muchas afecciones de las que se desconoce el origen podrían ser causadas por su desequilibrio. Por ejemplo, las enfermedades relacionadas con el tracto digestivo. Se ha demostrado que la obesidad y las patologías asociadas a ella están íntimamente relacionadas con nuestra microbiota intestinal y los trasplantes de esta contribuyen a su mejora (especialmente en la infección por Clostridium difficile) (http://tinyurl.com/z4rgplo).

Hasta ahora, la taxonomía separaba y clasificaba a los individuos sin tener en cuenta las relaciones establecidas entre ellos. Por ello, esta teoría obliga a revisar los conceptos tradicionalmente aceptados como el de individuo pues el paradigma ha cambiado. Quizá este sea el principio de una nueva ciencia de la clasificación.

Es difícil determinar el impacto de estos hallazgos pero desde mi punto de vista, apenas hemos empezado a rascar la superficie de lo que podría significar un giro de 360 grados a cómo entendemos los organismos y los ecosistemas.

BIBLIOGRAFÍA:

Richardson, Lauren A. (2017) Evolving as a holobiont. PLoS Bio 15(2): e2002168. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.2002168 Recuperado el 25 de septiembre de 2017 de: aquí

Doolittle, Ford W.; Booth, Austin (2017) It’s the song, not the singer: an exploration of holobiosis and evolutionary theory. 32 (1), pp 5-24. Recuperado el 25 de septiembre de 2017 de: aquí

Cavada B., Francoise. (2008) Blanqueamiento en el Coral Holobionte. Research Gate. Recuperado el 25 de septiembre de 2017 de: aquí

Bordenstein S. R.; Theis K. R. (2015) Host Biology in Light of the Microbiome: Ten Principles of Holobionts and Hologenomes. PLoSBiol 13(8): e1002226. doi:10.1371/journal.pbio.1002226  Recuperado el 25 de septiembre de 2017 de: aquí

Sánchez-Cañizares, Carmen; Jorrín, Beatriz; S. Poole, Philipe; Tkacz, Andrzej (2017) Understanding the holobiont: the interdependence of plants and their microbiome. Current Opinion in Microbiology. 38, 188-196. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mib.2017.07.001 Recuperado el 25 de septiembre de 2017 de: aquí

GMFH Editing Team (2013) Microbiota intestinal y evolución de las especies: entrevista con el Dr. Seth Bordenstein. Gut Microbiota News Watch. Recuperado el 25 de septiembre de 2017 de: aquí

Marotz, C. A., y Zarrinpar, A. (2016). Treating Obesity and Metabolic Syndrome with Fecal Microbiota Transplantation. The Yale Journal of Biology and Medicine, 89(3), 383–388. Recuperado el 25 de septiembre de 2017 de: aquí

Imagen destacada: aquí

¿Coevolu…qué?

La coevolución es el proceso por el que dos o más organismos ejercen presión de selección mutua y sincrónica, en tiempo geológico, que resulta en adaptaciones específicas recíprocas (Janzen, 1980). Ehrlich y Raven acuñaron el término coevolución en 1964 aunque ya Darwin (1859) hablaba de este fenómeno en su libro El Origen de las Especies: “Así puedo comprender yo cómo una flor y una abeja pudieron lentamente -ya simultáneamente, ya una después de otra- modificarse y adaptarse entre sí del modo más perfecto mediante la conservación continuada de todos los individuos que presentaban ligeras variaciones de conformación mutuamente favorables”.

Una de las hipótesis más famosas referidas a la coevolución es la hipótesis de la Reina Roja, propuesta por Leigh Van Val en en 1973. Esta establece que “para un sistema evolutivo, la mejora continua es necesaria para sólo mantener su ajuste a los sistemas con los que está coevolucionando”. Un ejemplo de esto se encuentra en el modelo depredador-presa. Si el conejo corre más rápido, el zorro debe adaptarse para poder correr más rápido y cazar a su presa (Ene, 2014).

Un ejemplo de coevolución por mutualismo entre una planta y un polinizador es el observado entre colibríes y flores. Algunos investigadores creen que las plantas y colibríes han coevolucionado ya que se observa una gran complementariedad entre sus estructuras, lo que aumenta la eficiencia en la extracción del néctar por parte de las aves. Características de las plantas tales como el color de las flores, la secreción de néctar, orientación, disposición de estructuras sexuales y forma tubular de las corolas, entre otras, se consideran producto de esa co-adaptación respecto a ciertas características de los colibríes, como su capacidad visual, dependencia del néctar, forma de sus picos, patrón de vuelo, etc. Sin embargo, otros científicos afirman que se necesita una fuerte especialización que induzca el proceso co-evolutivo y en este caso, no la hay. Alegan que muchos colibríes visitan plantas con corolas que no se ajustan exactamente a su pico con bastante frecuencia como para no depender de aquellas que se acoplan con precisión.

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Imagen 1. Colibrí alimentándose del néctar de una flor

Otro ejemplo se da entre las mariposas del género Heliconius y las plantas del género Passiflora, popularmente conocidas como “flores de la pasión”. Este nombre fue escogido por el botánico inglés Leonard Plukenet y proviene del latín flos passionis (flor de la pasión). Los primeros misioneros en América, identificaron en las flores similitudes morfológicas con los instrumentos usados en la pasión de Cristo, como la corona floral con tintes sanguíneos simulando la corona de espinas ensangrentada y los tres carpelos cabezudos simulaban los tres clavos.

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Imagen 2. Huevo de mariposa sobre un zarcillo de una flor de la pasión.

Estas plantas son capaces de desarrollar estructuras que se asemejan a los huevos de las mariposas que la usan como hospedadora. Se trata de un ingenioso mecanismo que evita la oviposición por parte de otras mariposas. Las larvas que se desarrollan sobre las hojas se alimentan de ellas por lo que una superpoblación de larvas podría poner en peligro la integridad de la planta.

Otro ejemplo de coevolución con el que convivimos a diario es el microbioma humano. Este conjunto de microorganismos que habitan de forma natural en individuos sanos, ha coevolucionado con nosotros. Un ejemplo de ello son los microorganismos que habitan en nuestro tracto intestinal (Ruth, 2008).

En los últimos años ha surgido una teoría llamada Teoría Hologenómica de la evolución, según la cual, nuestro microbioma juega un papel fundamental en la evolución de la especie. Por ejemplo, estos micoorganismos son los encargados de producir compuestos aromáticos que actúan como reclamo sexual (feromonas) y por lo tanto condicionan la conducta reproductiva, y con ello, la supervivencia de la especie. Esto sugiere que el éxito en la reproducción de plantas y animales puede depender, en parte, del conjunto particular de microbios albergados por cada individuo.

Algunos investigadores han empezado a considerar a los individuos como el conjunto del individuo en sí y su microbioma y la coevolución de ambos podría ser determinante en la supervivencia del individuo. Un caso curioso se da en los corales. Debido a su escaso sistema inmune, no serían capaces de luchar contra infecciones simples que pronto se conviertirían en su sentencia de muerte. Su microbioma actúa como defensa en caso de infección, salvando así a los individuos (Donaire, 2013).

La coevolución es un proceso que aún presenta multitud de incógnitas a los investigadores, cuya respuesta puede ser clave para el paradigma evolutivo. Por ello, debemos centrar nuestros esfuerzos en esclarecer los sucesos coevolutivos y quién sabe si la concepción de la evolución podría cambiar por completo.

 

Bibliografía:

Donaire, P. (2013) Hologenoma: Una nueva visión de la evolución. Recuperado el 24 de abril de 2017 de: http://bitnavegante.blogspot.com.es/2013/01/hologenoma-una-nueva-vision-de-la-evolucion.html

Ene, I. V. y Bennett, R. J. (2014) The Red Queen hypothesis: Review from The cryptic sexual strategies of human fungal pathogens. Nature Reviews Microbiology, 12, 239–251. doi:10.1038/nrmicro3236

Janzen, D. H. (1980) When is it coevolution?. Evolution, 34(3) pp. 611-612.

Ruth, E. L., Hamady, M., Lozupone, C., Turnbaugh, P. J., Ramey, R. R., Bircher, J. S., Schlegel ML, Tucker TA, Schrenzel MD, Knight R, Gordon JI. (2008) Evolution of mammals and their gut microbes. Science, 20;320(5883):1647-51. doi: 10.1126/science.

Environmental Factor – February 2016: Microbiome and environmental health highlighted at workshop

Nuestro microbioma está constituido por millones de microorganismos que incluyen bacterias, levaduras y hongos e incluso gusanos. Un verdadero ecosistema que nos ayuda a digerir y asimilar nutrientes, a entrenar nuestro sistema inmune, a regular nuestra tensión arterial, a mantener una piel sana.  Y aún no sabemos más que una pequeña parte ya que, de hecho, el concepto de microbioma acaba de definirse como un concepto complejo que integra la ecología microbiana con la fisiología y la salud humana. Ramas muy alejadas y profesionales que apenas han instalado tradicionalmente pero realmente apasionante.

http://www.niehs.nih.gov/news/newsletter/2016/2/science-highlights/microbiome/index.htm

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