Hemos evolucionado con y gracias a las bacterias que viven en nosotros | La Crónica de Hoy
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Hemos evolucionado con y gracias a las bacterias que viven en nosotros

Reportaje: El cuerpo humano tiene más genes de bacterias que propios, los cuales conforman el microbioma o microbiota que ayuda a llevar a cabo diferentes funciones de seres más complejos. Pero ¿qué ventajas evolutivas confieren las relaciones simbióticas con las bacterias? Científicos del C3 de la UNAM han arrojado algunas respuestas mediante un modelo computacional.

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Los seres humanos albergamos en nuestro cuerpo alrededor de 100 millones de millones de microorganismos, en su gran mayoría bacterias; hay entre cinco y 10 células bacterianas por cada célula humana y hay 100 veces más genes bacterianos que genes humanos. Estas bacterias viven en nuestros diferentes órganos y sería imposible vivir sin su asistencia; hemos evolcionado con ellas, somos su ecosistema, somos “costales de bacterias”, señala con simpatía Max Aldana, investigador del Instituto de Ciencias Físicas de la UNAM.

¿Por qué podría interesarle a un físico la interacción de las bacterias que hay en nuestro intestino? El científico es uno de los especialistas que se han reunido en el Centro de Ciencias de la Complejidad (C3) para estudiar este fenómeno de manera multidisciplinaria. Aldana ha coordinado un proyecto para generar un modelo matemático que explica por qué son tan importantes estas bacterias en el desarrollo y funcionamiento de nuestros órganos. El microbioma ha sido estudiado de manera más importante en la última década; es relativamente nuevo en nuestro conocimiento, pero sabemos que su desbalance (disbiosis) —el cual puede ser generado por el uso incorrecto de antibióticos— está involucrado con enfermedades e incluso con padecimientos como la obesidad, que en México es una alerta epidemiológica.

El microbioma ha atraído la especial atención de Alejandro Frank, director del C3, por lo que ha reunido a investigadores como Aldana para trabajar en el tema, cuya imbricada red de interacciones lo hacen sin duda un objeto de estudio de las ciencias de la complejidad. Pero Frank también ha trascendido este interés en la investigación para divulgar los avances sobre el microbioma, por lo que ha llevado a cabo diversos encuentros en El Colegio Nacional, del que es miembro, para exponer el tema de la mano de diversos especialistas.

En el reciente simposio “La complejidad”, Aldana explicó los detalles de su modelo, que había sido bosquejado anteriormente por Frank en otra conferencia: El microbioma: no somos un árbol sino un bosque, realizada el año pasado. Pero antes de exponer su complejidad, vale la pena recordar algunos detalles del microbioma.

HOLOBIONTE. Retomemos la analogía con la que Frank nombró la conferencia de 2018 en El Colegio Nacional. En un bosque, el sistema ecológico del ecosistema se compone por árboles de diferentes especies, mamíferos y plantas diversas; insectos, hongos y microorganismos. Hay una interconexión entre ellos y quitar a alguno repercutiría en el resto del sistema. De manera similar ocurre con la vida y biodiversidad que hay en nuestros cuerpos y el de otros animales, que está constituido por una compleja “fauna” de microorganismos, el microbioma.

Dentro de las cosas que se conocen sobre el microbioma es su biodiversidad. Aldana recuerda que en el sistema respiratorio tenemos más de 600 especies distintas de bacterias, en la piel otras mil, en el sistema urinario alrededor de 60 y en los intestinos más de mil, entre otros.

Al ser humano y sus bacterias también se les ha descrito con el nombre de “holobionte”, que la bióloga Lynn Margulis utilizaría tiempo atrás para referirse a las simbiosis entre un huésped y varios microorganismos. Y es que esas millones de bacterias en nuestros cuerpos participan en funciones metabólicas muy importantes, como almacenamiento de grasas, desarrollo de venas, el funcionamiento del sistema inmune y el sistema digestivo, entre otros. “Las bacterias no sólo están ahí libremente, están haciendo algo, interactúan con nuestro metabolismo”, señala Aldana, a tal grado que una disbiosis puede influir en el desarrollo de sobrepeso y obesidad.

Recordó que uno de los primeros trabajos que demostraron la importancia de estas bacterias en nuestro fenotipo fue un experimento realizado por Peter Turnbaugh, de la Universidad de California, en un estudio publicado en 2006.

En el experimento trasplantaron bacterias de humanos gemelos, uno de peso normal y otro obeso, en ratones gemelos a los cuales se les suprimió su microbioma. Aunque los donantes y los ratones son genéticamente iguales el resultado fue distinto, uno de los roedores desarrolló obesidad. Aldana señala que la diferente composición de nuestro microbioma ayuda a explicar cómo algunas personas suben de peso con mayor facilidad que otras, pero esta relación simbiótica también nos ha jugado una mala pasada, dice.

“Esto es porque hay algunas de estas bacterias asociadas con la obesidad. Cuando se comen harinas las bacterias las degradan y generan serotonina, la llamada hormona de la felicidad, pero no hacen lo mismo cuando les damos lechuga; por eso, las harinas y grasas hacen que las bacterias nos pongan bien contentos. Todavía se necesita determinar cómo llega la hormona al cerebro, pero es una mala jugada”. Ahora bien, si la industria sabe eso es de notar por qué vende tantos productos de harinas con sal y azúcar, generando a su vez un problema social. Eso es otro problema complejo.

EVOLUCIÓN. Entre lo que se conoce y los secretos aún por revelar sobre el microbioma se encuentra una pregunta fundamental que Aldana, Frank y otros investigadores se han hecho en el C3. ¿Por qué las bacterias han establecido esta relación simbiótica con los organismos superiores?, y aún más ¿por qué éstos no pudieron evolucionar por sí mismos y necesitamos de los microorganismos? Además, los especialistas recuerdan al científico John Maynard Smith, quien criticaba que la Teoría de la evolución explicaba la adaptación, pero no el aumento de la complejidad de los organismos.

Pensemos en uno de esos organismos superiores: la vaca. Por sí misma no puede digerir la celulosa que ingiere como alimento, ese trabajo —una función tan esencial— lo hacen las bacterias. La evolución y selección natural han dotado a las especies de alas, plumas, venenos, garras, colmillos, mimetismo, cerebros desarrollados… para que puedan sobrevivir, entonces ¿por qué las vacas necesitaron a las bacterias?

Aldana arroja más preguntas: ¿Qué ventajas evolutivas confieren las relaciones simbióticas con las bacterias?, ¿por qué es tan grande la diversidad bacteriana en plantas y animales?, ¿por qué aparecieron organismos complejos en la evolución si las bacterias ya lo podían hacer todo?

RED GENÉTICA. En el C3, Aldana y sus colegas desarrollaron algo conocido como Red Booleana o Red Genética, consistente en un sistema entrenado para aprender a hacer una tarea que posteriormente es medida matemáticamente por los especialistas. Este tipo de redes pueden emplearse para tocar una canción, por ejemplo, o para hacer un reconocimiento de imágenes en Facebook o de sonidos (Siri, Alexa…). Le han llamado red “genética” porque al igual que los genes llevan a cabo las funciones metabólicas de los organismos, los expertos entrenan redes para que realicen una tarea específica.

Aldana y su equipo diseñaron una representación digital de una red genética de un humano bajo un proceso de selección natural, donde la red muta y selecciona los mejores procesos para hacer o adaptarse a una tarea.

Después lo intercalaron con otra red que representa a una bacteria y establecieron interacciones entre las dos. El resultado fue que el error en la red de adaptación humana bajó mucho más rápido que antes y es casi perfecta. “Es decir, si se deja que un humano actúe con los genes de una bacteria, la adaptación de éste a cualquier cosa que deba realizar (la tarea) es más eficiente y rápida”.

En biología, explica Aldana, esto se debe a que las bacterias son mucho más rápidas para generar variabilidad y diversidad que las células humanas: estas últimas se reproducen cada 24 a 48 horas, mientras que las bacterianas lo hacen cada 20 minutos. “En un día tenemos miles de millones de bacterias, entre ellas habrá mutantes y ayudarán a los genes del humano a que se adapten a su tarea”. Al hacer una comparación en la red genética, los científicos observan cómo la adaptación del modelo humano decrece sin el de la bacteria y cómo con ésta se hace cada vez mejor.

Se supondría que al ingresar más bacterias en el modelo el trabajo sería mejor, después de todo tenemos 100 millones de millones de microorganismos trabajando en nuestro cuerpo. Sin embargo, los especialistas hallaron que en el modelo el trabajo se entorpece. “Es como cuando quieres cambiar la llanta de un auto con diez personas a la vez; mucha ayuda empeora la adaptación porque todos tratan de hacer la misma tarea”, dice Aldana. Entonces, ¿cómo se explica la diversidad que existe en el microbioma, donde hay una gran cantidad de bacterias? “Es porque el cuerpo humano no realiza una, sino muchas tareas”.

Los investigadores utilizaron una red genética donde implementaron un esquema especializado, metían más bacterias pero en diferentes tareas, como sería en diferentes órganos o sus partes en el cuerpo humano. Hacer esta diferenciación mejoró la adaptabilidad y disminuyó el error en las tareas. 

“Aquí tenemos el origen de los organismos complejos, separados en nichos distintos y en funciones distintas donde se tiene complejidad funcional y espacial. Los organismos complejos surgen porque tienen que desempeñar diferentes tareas y cuando se deben hacer no puede estar todo mezclado arbitrariamente, debes separarte en órganos o no funciona. En este sentido, la interacción con bacterias acelera y mejora la adaptación a nuevas tareas, por eso las necesitamos”.

RESISTENCIA A ANTIBIÓTICOS. De acuerdo con Alejandro Frank, en los últimos 10 o 15 años se ha descubierto una correlación entre el microbioma y el desarrollo de patologías como obesidad, asma, colitis, carcinoma colorectal, parkinson, alzheimer, psoariasis, esofagitis, depresión…

Pero uno de los problemas de salud que más preocupan en la medicina es el abuso e implementación de antibióticos, no sólo en los medicamentos que ingerimos, sino en el utilizado en la industria alimentaria, que desde hace medio siglo incrementó su uso en animales de consumo humano.

Pero el conocimiento cada vez mejor del microbioma abre avances en la ciencia médica, principalmente contra aquellas bacterias superresistentes a antibióticos. 

Una muestra de ello es la investigación que realiza Santiago Sandoval en el Instituto Nacional de Medicina Genómica (Inmegen), quien en una charla anterior en El Colegio Nacional expuso el potencial de los microorganismos bacteriófagos, los cuales tienen un potencial biotecnológico impresionante para contender con la resistencia a los antibióticos.

El científico advirtió que se estima que en el 2050, la muerte por infecciones causadas por microorganismos resistentes a los antibióticos va a ser mayor que la causada por cáncer, diabetes y otras patologías.

Los bacteriófagos reconocen especies específicas de bacterias, se adhieren a su membrana celular y les inyectan su DNA, cambiando el patrón de expresión de las células bacteriales para que sólo produzcan más bacteriófagos. Cuando estos nuevos microorganismos se liberan, generan una cascada de muerte de las bacterias. Los bacteriófagos ignoran a las células humanas y, a diferencia de los antibióticos, que son estáticos, evolucionan para lograr atacar mejor a las bacterias que ofrecen resistencia, explicó.

El uso de bacteriófagos como tratamiento todavía no ha sido aprobado y hay pocos laboratorios en el mundo que tienen permiso para investigar su posible uso como alternativa a los antibióticos, aunque en 2016 empezó el primer ensayo clínico con bacteriófagos para tratar ciertas infecciones.

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