¿Qué es la Metagenómica?

23 Jun 2017

¿Qué es la Metagenómica?

En el último artículo semanal, “La era de la Microbiota”, comentamos la importancia que tendría en un futuro inmediato la aplicación y estudio de la Metagenómica. Muchos de vosotros me habéis preguntado qué es exactamente y en qué consiste, y como en Porcinews no debemos a vuestras inquietudes, intentaré explicarlo lo mejor posible.

La Metagenómica es un campo nuevo en el que se persigue obtener secuencias del genoma de los diferentes microorganismos, que componen una comunidad, extrayendo y analizando su ADN de forma global. La posibilidad de secuenciar directamente los genomas de microbios, sin necesidad de cultivarlos abre nuevas posibilidades que suponen un cambio de rumbo en la Microbiología. Este hecho es una revolución científica debido a su alto rendimiento y el bajo coste. Permite acceder al genoma sin ver a los microorganismos ni cultivarlos.

Se le llama Genómica al estudio de la información genética contenida en un organismo y  Metagenómica al estudio de la información genética que está contenida en todos los microorganismos que se encuentran en una comunidad o muestra ambiental. Esta nueva disciplina nos permite estudiar poblaciones bacterianas para poder entender cuál es el papel que desempeñan en el medio donde se encuentran.

Como ya sabéis, el  ADN es la molécula que contiene toda la información que determina cuáles van a ser las funciones y la finalidad de una célula dentro de un organismo multicelular o esa célula como tal de forma independiente cuando se trata de organismos unicelulares.

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El procedimiento empleado actualmente, consiste en aislar el material genético, manipularlo para finalmente construir genotecas de ADN donde quedará almacenada toda la información genética obtenida.

Para poder aislar el ADN, la muestra a emplear debe ser representativa de la comunidad bacteriana. Las células de los microorganismos se rompen mediante el empleo de métodos físicos o químicos. Una vez que el ADN de dichas células se encuentra libre, se debe separar del resto de la muestra.

Una vez aislado, hay que manipular este ADN genómico que es relativamente grande. Se debe cortar en fragmentos más pequeños mediante el empleo de unas enzimas conocidas como endonucleasas de restricción. Posteriormente, los fragmentos se ligan a los vectores.

Estos vectores, que portan los fragmentos de ADN metagenómico, se introducen en organismos de fácil cultivo y expresión. Esto permite que el ADN de las bacterias que no crecerían o lo harían con dificultad en las condiciones del laboratorio, pueda expresarse y ser estudiado. Las células transformadas se hacen crecer sobre medios selectivos, de forma que sólo las células portadoras de los vectores puedan crecer.

Aplicaciones de la Metagenómica en la salud

 

La Metagenómica ha transformado la forma en que los microbiólogos enfrentan  muchos problemas de la actualidad. Con el desarrollo de análisis funcionales  se ha logrado identificar nuevas enzimas, antibióticos y otras moléculas de interés en las bibliotecas de diversos ambientes, facilitando un mayor alcance en el descubrimiento de nuevos genes. Éstos, nos brindan una idea sobre la estructura en las comunidades microbianas y su función. El potencial de aplicación para la Metagenómica en la biotecnología parece no tener fin.
Un buen ejemplo de su utilidad es el descubrimiento del virus de Schmallenberg (SBV) en rumiantes. En 2011 se detectó una enfermedad no identificada del ganado bovino en Alemania y Holanda. Los signos clínicos incluían fiebre, descenso en la producción láctea y diarrea. A través de los análisis de la metagenómica se identificó un nuevo Orthobunyavirus, que fue detectado en sangre de animales afectados

La secuenciación Metagenómica es una herramienta poderosa para la caracterización y detección de virus. En un reciente estudio (Hause BM, Duff JW, Scheidt A, et al.2016) Se identificaron veintisiete virus diferentes en hisopos nasales y fecales de cerdos de engorde. Más del 20% de las muestras incluyeron enterovirus, parvovirus, virus de la influenza A, sapelovirus y Senecavirus A. Otros virus porcinos significativos fueron detectados con menor frecuencia incluyeron circovirus porcino tipo 2, virus de la diarrea epidémica porcina y deltacoronavirus porcino.

“Usando estas metodologías, obtenemos una mejor comprensión de la etiología de las enfermedades, así como profundizamos nuestro conocimiento en los virus que circulan en la naturaleza y en la compleja interacción entre virus y huésped” Anne-Lie Blomström, Universidad de Suecia

Pero no todo son virus, como ya vimos en el anterior artículo, otra línea de investigación muy extendida, con la ayuda de la Metagenómica, es el estudio de la relación que hay entre microbiota y la aparición de determinadas enfermedades o la protección frente a las mismas.

En medicina humana, que siempre van un paso por delante que nosotros, después del proyecto del genoma humano, uno de los proyectos con mayor impacto en la actualidad es el del microbioma humano.

Recientemente, se ha descubierto que problemas como la obesidad pueden estar relacionados con nuestro microbioma. Si bien no es el único factor determinante para tener sobrepeso o estar obeso, sí se ha observado que el microbioma intestinal de las personas delgadas tiene poblaciones de bacterias diferentes a las encontradas en alguien con problemas de obesidad. Estos descubrimientos han llevado al desarrollo de métodos donde se pueda trasplantar el microbioma de un animal delgado a una obeso y viceversa.  La aplicación de estos trasplantes ha sido explorada recientemente para el tratamiento de enfermedades intestinales como infecciones crónicas con la bacteria Clostridium difficile, y han obtenido buenos resultados. Si bien los trasplantes fecales son posiblemente una opción, la idea es entender el papel de cada bacteria que se ha caracterizado en los microbiomas de gente , o animales, sana y así tratar de aislar y cultivar estas bacterias o sus principios activos para que puedan ser administrados de otra manera.

Otro ejemplo es la población de bacterias que habitan en nuestra piel.  En el útero, la piel se mantiene libre de microorganismos, pero al nacer se va colonizando con bacterias tanto de la madre como del ambiente. Se ha propuesto recientemente que algunas enfermedades como la dermatitis atópica, estén relacionadas con la alteración en este microbioma. Lo que se ha observado es que en erupciones típicas de la enfermedad, se genera un cambio abrupto en el microbioma del área afectada.

En cerdos hay varios estudios en curso de la microbiota que pretenden asociar una determinada población bacteriana con mayor resistencia a patógenos gastrointestinales, o presencia de determinadas bacterias y mayor ganancia media  diaria. (Ramayo-Caldas y col., 2016)

 

 

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