Hasta hace muy poco tiempo, hablar de materia oscura nos remitía a la astrofísica, refiriéndose a la materia que no emite radiación electromagnética, como la luz, y que no podemos detectarla. Pues algo muy similar ocurre con el mundo microbiano, y gracias a las nuevas tecnologías de secuenciación (NGS) y más precisamente a la técnica de Shotgun Metagenomic Sequencing esto empieza a cambiar.
Hace algunos años el estudio de las bacterias, virus, hongos y otras formas de vida que forman la microbiota, y que pueden ocupar cualquier nicho metabólico, estaban limitados a su cultivo en laboratorios. Algunos microorganismos, como los virus requieren un laborioso aislamiento previo en cultivos celulares, lo que ralentiza y dificulta mucho su estudio e identificación. Otro gran problema ocurre en las bacterias que reclaman distintos medios de cultivos y diferentes condiciones de exposición al oxígeno.
Las nuevas técnicas de secuenciación y detección de genomas independientes del cultivo microbiano están poniendo de manifiesto la existencia de muchos de ellos y, precisamente a estos microorganismos, se les empieza a llamar la materia oscura del universo microbiano.
Materia oscura y nuevos antimicrobianos
La creciente preocupación por la resistencia a los antibióticos también ha llevado a realizar más estudios de la microbiota, sea en humano como en animales, ya que es un entorno ideal para que se produzca la adquisición y transferencia de genes de resistencia. Los nuevos avances en metodologías independientes del cultivo para estudiar comunidades microbianas han revolucionado la forma en que estudiamos el microbioma humano y animal, pero en el proceso el uso de enfoques basados en el cultivo ha disminuido. Si bien, los métodos independientes del cultivo pueden abordar una variedad de cuestiones complejas, estos enfoques no pueden establecer los vínculos definitivos con la fisiología bacteriana.
Es cada día más evidente que se necesitan con urgencia nuevos antibióticos para combatir el aumento de la resistencia a los antimicrobianos, pero las rutas de descubrimiento tradicionales se están agotando. Un artículo publicado en Cell describe ahora un nuevo antibiótico, llamado clovibactina, aislado de una cepa bacteriana no cultivada, que mata eficientemente las bacterias Gram positivas sin desarrollar resistencia.
La mayoría de los antibióticos son productos naturales que se descubrieron mediante la detección de cepas bacterianas cultivadas. Como estas bacterias están actualmente sobreexplotadas, los investigadores están buscando nuevas fuentes. En el estudio actual, Shukla, Peoples et al. realizaron una incubación prolongada (>12 semanas) de muestras de suelo para permitir el crecimiento de cepas bacterianas ambientales que están excluidas por los métodos de cultivo tradicionales con períodos de incubación más cortos.
Estos cultivos se examinaron in vitro contra Staphylococcus aureus. Un aislado que mostraba un alto nivel de actividad antimicrobiana fue identificado mediante secuenciación del ADN ribosómico como una cepa no cultivada de la rara bacteria del suelo Eleftheria terrae, a la que denominaron E. terrae ssp. carolina. Anteriormente, los investigadores descubrieron un nuevo antibiótico, la teixobactina, producido por otra cepa de E. terrae.
Lo mismo se está investigando y trabajando para optimizar la química y la fabricación de la clovibactina, otro antimicrobiano encontrado en bacterias no cultivadas anteriormente y completamente desconocida en el mundo científico, para el desarrollo y su uso clínico.
Virus: nuevos descubrimientos
Los virus son parte del microbioma y tienen funciones esenciales en la inmunología, la evolución, los ciclos biogeoquímicos, la salud y la progresión de las enfermedades. Los virus influyen en una amplia variedad de sistemas y procesos, y se prevé que el descubrimiento continuo de nuevos virus revele nuevos mecanismos que influyen en la biología de diversos entornos. Si bien, la identidad y las funciones de los virus continúan descubriéndose y comprendiéndose a través de la metagenómica viral, la mayoría de las secuencias en los conjuntos de datos de viromas no pueden atribuirse a virus conocidos o, en el mejor de los casos, pueden estar relacionadas lejanamente con especies ya descritas en bases de datos de secuencias públicas. Estos virus se conocen como materia oscura viral. Los descubrimientos en curso de la materia oscura viral han proporcionado información sobre virus nuevos de una variedad de entornos, así como su potencial en procesos inmunológicos, evolución de virus, salud, enfermedades, terapéutica y vigilancia. La mayor comprensión de la materia oscura viral continuará con una combinación de cultivos, microscopía, secuenciación y esfuerzos bioinformáticos, que se analizan en la presente revisión.
En conjunto, estos hallazgos resaltan el potencial sin explotar de la amplia gama de especies bacterianas, virus y hongos no cultivadas. La extracción de esta «materia oscura» microbiana podría proporcionar la próxima generación de pistas estructurales para nuevos antibióticos, vacunas y mejorar la seguridad en la cadena alimentaria.
Actualmente en las instalaciones de Laboratorios Larrasa estamos desarrollando un proyecto retrospectivo y prospectivo incluyendo bacterias de aislados de casos clínicos de bacterias de interés tanto a nivel animal como humano (One Health), para la detección de genes de resistencia a lo largo de los años, pudiendo así colaborar en la elección de los antibióticos a ser utilizados en futuros tratamientos.
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