El microbioma humano y la enfermedad genética: hacia la integración de datos metagenómicos y multiómicos

Se reconoce cada vez más que el microbioma tiene un papel fundamental en la fisiología humana, tanto en el contexto de la salud como de la enfermedad (Rothschild 2018). De hecho, la composición de la microbiota es un factor clave asociado con una variedad de enfermedades genéticas humanas. Por ejemplo, en varios trastornos neurológicos, como la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson y el accidente cerebrovascular, el microbioma se ha convertido en un actor importante en la causalidad y modulación de la enfermedad (Sampson 2020; Sgritta 2019).

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De manera similar, en el cáncer, ahora se reconoce que el microbioma desempeña funciones clave en la inflamación, la respuesta inmunitaria y la generación de metabolitos tóxicos, lo que contribuye al proceso de carcinogénesis (Coker 2018; Dejea 2018; Tanoue 2019). La rápida evolución de la tecnología de secuenciación y los aumentos en el tamaño de las muestras de estudio han traído consigo nuevos desarrollos, como los estudios de asociación de todo el microbioma diseñados para caracterizar la microbiota y su impacto en diferentes enfermedades humanas (Gilbert 2016; Wang 2018).

Se han realizado varios intentos para caracterizar la influencia del microbioma humano en diferentes tejidos y en diferentes etapas de la patogénesis de la enfermedad mediante la integración de datos del microbioma, específicamente datos metagenómicos, con datos multiómicos (Liu 2020; Integrative 2019). Los datos metagenómicos se han integrado con frecuencia con datos metatranscriptómicos, metaproteómicos y metabolómicos para cuantificar la abundancia de microbiomas en términos de expresión génica y niveles de proteínas y metabolitos (Narayanasamy 2016; Nies 2021; Martinez Arbas 2021).

La integración de datos multiómicos ha proporcionado nuevos conocimientos sobre las funciones del microbioma al aumentar la complejidad de los datos disponibles, lo que a su vez ha estimulado el desarrollo de nuevos enfoques bioinformáticos y estadísticos. Un tema recurrente en los estudios actuales del microbioma es la aplicación de enfoques analíticos eficientes para descubrir nuevas relaciones entre el microbioma y las enfermedades genéticas humanas.

Estos estudios sirven para mejorar nuestra comprensión de los mecanismos por los cuales el microbioma influye en la enfermedad genética humana en múltiples niveles. Además, han permitido pasar de investigar la causalidad de la enfermedad al uso de estos datos en el diagnóstico y el diseño de nuevas terapias.

En este número, presentamos cuatro artículos que se ajustan al tema "El microbioma humano y la enfermedad genética", que en conjunto ejemplifican la exploración de la enfermedad genética humana a través de estudios del microbioma intestinal y destacan nuevos enfoques y hallazgos novedosos sobre los mecanismos de la enfermedad. El microbioma intestinal influye en la salud del huésped al funcionar como un regulador de las vías del huésped para las enfermedades que, en consecuencia, afectan el sistema inmunológico y el metabolismo energético.

En su revisión, Nichols y Davenport (2020) describen estudios de la relación entre el microbioma y el transcriptoma del huésped que se han realizado utilizando organismos modelo, recolectando biopsias o generando organoides. Para comprender mejor la relación entre el microbioma y el huésped, se proponen sistemas organoides y secuenciación unicelular como tecnologías futuras para vincular un huésped con los microbios que viven en él (Nichols y Davenport 2020).

También se ha acumulado evidencia para indicar las funciones del microbioma en la tumorigénesis (Sanchez-Alcoholado 2020; Bhatt et al. 2017; Helmink et al. 2019). El segundo artículo, de Mima et al., explora la integración de la microbiología en el modelo de epidemiología patológica molecular y proporciona un marco de investigación para descubrir las funciones del microbioma al influir en la biología tanto de las células tumorales como de las células inmunitarias (Mima 2020).

Se ha descubierto que el microbioma intestinal desempeña un papel importante en la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), y como Collij et al. show, tiene el potencial de convertirse tanto en una herramienta de diagnóstico como en una opción terapéutica en la EII si establece un estándar de oro para establecer la recolección de muestras para biobancos (Collij et al. 2020).

Finalmente, la microbiota intestinal también tiene un papel que influye en el resultado del trasplante de órganos sólidos. En este contexto, Qin et al. muestran que la alteración del microbioma puede contribuir al desarrollo de fibrosis del injerto después del trasplante de hígado pediátrico (Qin et al. 2020). Nuestro tratamiento de este tema especial destaca algunos avances clave realizados en la interpretación de la enfermedad genética humana a través de estudios del microbioma intestinal, enfatizando nuevos enfoques y hallazgos novedosos sobre los mecanismos de la enfermedad.

Elmecanismo del efecto neuroprotector de Cistanche

Cistanche ha demostrado tener efectos neuroprotectores a través de varios mecanismos:

1. Efectos antiinflamatorios: Cistanche contiene compuestos que se ha demostrado que inhiben la inflamación en varias partes del cerebro, lo que puede ayudar a proteger las neuronas del daño.

2. Efectos antioxidantes: Cistanche contiene compuestos que tienen fuertes propiedades antioxidantes. Los antioxidantes ayudan a proteger las neuronas del daño causado por los radicales libres y el estrés oxidativo.

3. Regulación de los neurotransmisores: se ha demostrado que Cistanche regula ciertos neurotransmisores, como la serotonina y la dopamina, que pueden ayudar a proteger las neuronas y mejorar la función cognitiva.

4. Estimulación del factor neurotrófico: se ha demostrado que Cistanche estimula la producción de factores neurotróficos, como el factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), que puede promover el crecimiento y la supervivencia de las neuronas.

En general, estos mecanismos trabajan juntos para proteger a las neuronas del daño, promover su crecimiento y supervivencia y mejorar la función cognitiva.

Referencias

Bhatt AP, Redinbo MR, Bultman SJ (2017) El papel del microbioma en el desarrollo y la terapia del cáncer. CA Cancer J Clin 67:326–344.https://doi.org/10.3322/caac.21398

Coker OO et al (2018) Disbiosis del microbioma mucoso en la carcinogénesis gástrica. Gut 67: 1024–1032. https://doi.org/10.1136/ gutjnl-2017-314281

Collij V, Klaassen MAY, Weersma RK, Vila AV (2020) Microbiota intestinal en enfermedades inflamatorias intestinales: pasar de la ciencia básica a las aplicaciones clínicas. Hum Genet. https://doi.org/10.1007/ s00439-020-02218-3 de

Nies L et al (2021) PathoFact: una tubería para la predicción de factores de virulencia y genes de resistencia a los antimicrobianos en datos metagenómicos. Microbioma 9:49. https://doi.org/10.1186/s40168-020-00993-9

Dejea CM et al (2018) Los pacientes con poliposis adenomatosa familiar albergan una biopelícula colónica que contiene bacterias tumorigénicas. Ciencia 359: 592–597. https://doi.org/10.1126/science.aah3648

Gilbert JA et al (2016) Los estudios de asociación de todo el microbioma vinculan los consorcios microbianos dinámicos con la enfermedad. Naturaleza 535:94–103.https://doi.org/10.1038/nature18850

Helmink BA, Khan MAW, Hermann A, Gopalakrishnan V, Wargo JA (2019) El microbioma, el cáncer y la terapia contra el cáncer. Nat Med 25:377–388. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0377-7

Integrative HMPRNC (2019) El proyecto integrativo del microbioma humano. Naturaleza 569: 641–648. https://doi.org/10.1038/s41586-019-1238-8

Liu J et al (2020) Integración de datos epidemiológicos, farmacológicos, genéticos y del microbioma intestinal en un atlas de metabolitos de fármacos. Nat Med 26:110–117. https://doi.org/10.1038/s41591-019-0722-x

Martinez Arbas S et al (2021) Roles de bacteriófagos, plásmidos e inmunidad CRISPR en la dinámica de la comunidad microbiana revelados utilizando meta-ómicas integradas de series temporales. Nat Microbiol 6:123– 135. https://doi.org/10.1038/s41564-020-00794-8

Mima K et al (2020) El microbioma, la genética y las neoplasias gastrointestinales: el campo en evolución de la epidemiología patológica molecular para analizar la interacción tumor-inmune-microbioma. Hum Genet. https://doi.org/10.1007/s00439-020-02235-2

Narayanasamy S et al (2016) IMP: una tubería para análisis metagenómicos y metatranscriptómicos integrados reproducibles e independientes de la referencia. Genoma Biol 17:260. https://doi.org/10.1186/s13059-016-1116-8

Nichols RG, Davenport ER (2020) La relación entre el microbioma intestinal y la expresión génica del huésped: una revisión. Hum Genet.https://doi.org/10.1007/s00439-020-02237-0

Qin T, Fu J, Verkade HJ (2020) El papel del microbioma intestinal en la fibrosis del injerto después del trasplante de hígado pediátrico. Hum Genet. https://doi.org/10.1007/s00439-020-02221-8

Rothschild D et al (2018) El medio ambiente domina sobre la genética del huésped en la configuración de la microbiota intestinal humana. Naturaleza 555: 210–215. https://doi. org/10.1038/naturaleza25973

Sampson TR et al (2020) Un amiloide bacteriano intestinal promueve la agregación de alfa-sinucleína y el deterioro motor en ratones. Elife. https://doi. org/10.7554/eLife.53111

Sanchez-Alcoholado L et al (2020) El papel del microbioma intestinal en el desarrollo del cáncer colorrectal y la respuesta a la terapia. Cánceres (Basilea). https://doi.org/10.3390/cancers12061406

Sgritta M et al (2019) Mecanismos subyacentes a los cambios mediados por microbios en el comportamiento social en modelos de ratones con trastorno del espectro autista. Neurona 101(246–259):e246. https://doi.org/10.1016/j. neurona.2018.11.018

Tanoue T et al (2019) Un consorcio comensal definido provoca células T CD8 e inmunidad contra el cáncer. Naturaleza 565: 600–605. https://doi. org/10.1038/s41586-019-0878-z

Wang J et al (2018) Metanálisis de los estudios de asociación entre el genoma humano y el microbioma: la iniciativa del consorcio MiBioGen. Microbioma 6:101. https://doi.org/10.1186/s40168-018-0479-3