Maria Martynova Español

Como los microbios antiguos pueden cambiar el futuro de la ciencia.

Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco

Como los microbios antiguos pueden cambiar el futuro de la ciencia.

Lanzado en 2017, el Proyecto de Microbioma Humano fue una iniciativa de investigación para mejorar la comprensión del papel de los microbios en el cuerpo humano. Con toneladas de datos generados y descubrimientos fascinantes, este proyecto cambió drásticamente la forma en que las personas perciben los microorganismos. Los avances tecnológicos en el campo de la biología molecular y la genética permitieron a los microbiólogos secuenciar y amplificar el material de ADN microbiano, construir árboles de la vida y estudiar incluso los genes más pequeños presentes en una célula. Los científicos pudieron no solo redescubrir las características patógenas de los microorganismos, sino también explorar los beneficios potenciales que aportan al coexistir mutuamente con los humanos.

Hoy en día, en 2021, los microbios y las personas son “amigos”, más que “enemigos”. La sociedad es consciente de las grandes cosas que hacen los microorganismos. “¡Incluye probióticos en tu dieta para tener una mejor digestión!”, “¡Come más alimentos fermentados para mejorar tu salud!”, “¡Los microbios estimulan nuestro sistema inmunológico, protegen contra enfermedades y nos mantienen felices!”. La lista puede seguir y seguir, y todas estas cosas son absolutamente correctas. Los microorganismos están, de hecho, al servicio de las personas. Los científicos miran hacia el futuro con entusiasmo, listos para proporcionar más evidencia que respalde una relación existente entre humanos y microbios.

Sin embargo, cada vez más investigadores piensan que es importante no solo seguir explorando las propiedades beneficiosas de los microbios, sino también retroceder en el tiempo y estudiar microorganismos antiguos. La paleomicrobiología, un estudio de microorganismos antiguos, puede descubrir información sobre la evolución de microorganismos, enfermedades antiguas, costumbres culturales y eventos históricos importantes.

Ahora bien, ¿cómo y dónde podemos encontrar estos microbios prehistóricos? Recuerde, estos son especímenes que tienen miles de años. Resulta que existen diferentes entornos / estructuras naturales, que sirven como fuentes de microorganismos antiguos:

  1. Ambientes extremos, como el permafrost
  2. Ámbar
  3. Cálculos dentales
  4. Coprolitos

Ambientes extremos 
Los ambientes extremos, como el permafrost o el hielo fósil, promueven la preservación de formas microbianas antiguas y su ADN. La razón es bastante simple: los organismos que viven en estas condiciones tienen mecanismos de supervivencia muy singulares que permiten que las células entren en un “estado de latencia”, un estado en el que las funciones biológicas normales se suspenden o ralentizan. Además, estos entornos rara vez están sujetos a cambios. Uno de los ejemplos más recientes implica la resurrección de una muestra de Pithovirus sibericum de 30.000 años del permafrost siberiano. Es el virus infectante de eucariotas aislado más antiguo y, curiosamente, ¡aún conservaba su infectividad a pesar de un estado latente tan prolongado! El estudio de las comunidades microbianas de permafrosts antiguos arrojará más luz sobre las proteínas y las técnicas de adaptación utilizadas por estos microbios para su supervivencia.

Virus Pithovirus sibericum de 30.000 años de antigüedad. La imagen está tomada del artículo de investigación original de Legendre et al.

Ámbar
El ámbar es una resina de árbol fosilizada. Su baja actividad de agua y abundancia de azúcares naturales representan un ambiente perfecto para la preservación de especies bacterianas antiguas. Muchas bacterias que se aislaron del ámbar pertenecen al género Bacillus1, que es famoso por su capacidad de formación de esporas. Las esporas son la forma de bacteria más latente porque exhiben una actividad biológica mínima. Esta característica de las esporas se ha atribuido a la acción de proteínas pequeñas solubles en ácido (SASPs)2. Si bien aún es viable, el metabolismo de las bacterias formadoras de esporas se vuelve tan lento que pueden sobrevivir durante miles de años.

Cálculo dental 
El cálculo dental es un biofilm bacteriano fosilizado que se forma en la superficie de los dientes. Lo que es único acerca de este “sitio de preservación” es que el cálculo dental no se desprende y no cambia su estructura con el tiempo (¡y por “con el tiempo” me refiero a miles de años!). En su artículo, Turner-Walker propuso varios factores que contribuyen a una excelente conservación del material genético en el cálculo dental. En primer lugar, no es un material que sea fácilmente colonizado por bacterias ambientales. Los dientes carecen de canales biológicos que normalmente proporcionan puntos de entrada y movimiento para las bacterias que aún no están presentes en el cuerpo. En segundo lugar, el cálculo dental también carece de una rica fuente de nutrientes que potencialmente pueda atraer y apoyar el crecimiento bacteriano y promover la descomposición. Finalmente, una vez fosilizado, el cálculo dental se vuelve extremadamente firme, haciéndolo resistente a la caries.


La recuperación de bacterias antiguas del ADN dental generalmente se asocia con enfermedades. Al identificar una determinada enfermedad, los científicos pueden proponer un posible estilo de vida de un humano o un animal. Además, la determinación de la enfermedad permite a los investigadores encontrar un agente causante de esta enfermedad, que en la mayoría de los casos son bacterias y patógenos oportunistas. Por ejemplo, los estudios han detectado bacterias Yersinia pestis3 y Salmonella enterica serovar typhi4 presentes en dientes antiguos.

Bacteria Salmonella enterica serovar typhi (izquierda, https://www.britannica.com/science/Salmonella-enterica-serovar-Typhi) y bacteria Yersinia pestis (derecha, https://en.wikipedia.org/wiki/Yersinia_pestis).

La plaga de Justiniano que duró más de 200 años fue originada por Y. pestis, se extendió desde Asia sobre los Alpes y por toda Europa5. Algunos científicos incluso sugieren que las cepas modernas de esta bacteria derivaron de la cepa que causó la peste bubónica en Europa en el siglo XIV. Estas observaciones demuestran cómo los análisis de ADN antiguo pueden ayudar a comprender los patrones evolutivos y las fuerzas de mutación en los genomas bacterianos.

Coprolitos
Por último, pero definitivamente no menos importante, están los coprolitos, restos fosilizados de heces, que, sin duda, representan la fuente más rica de microorganismos antiguos. Es un hecho ampliamente conocido que las heces contienen miles de millones de microorganismos, y se utilizan terapias como el trasplante fecal para transferir microorganismos de un organismo a otro. Por lo tanto, con la esperanza de descubrir microorganismos antiguos, los científicos decidieron estudiar los coprolitos desde una perspectiva “microbiológica”.

Reinhard y sus colegas realizaron el estudio, en el que examinaron los coprolitos encontrados en la meseta de Colorado (Utah, EE. UU.)6. Identificaron muestras de ADN bacteriano que pertenecían a las bacterias alfa-, beta- y gammaproteobacterias, Bacteroides, Clostridia, Eubacterium spp. e incluso Vibrio spp. ¡Es fácil ver cuán microbiológicamente diversos son los coprolitos antiguos!

Si se estudian con detenimiento, los coprolitos recuperados podrían contener una enorme cantidad de información sobre estilos de vida, hábitos alimentarios e incluso ciertas normas culturales de los pueblos antiguos. Y debido a que la composición de un microbioma depende en gran medida del estilo de vida y las preferencias dietéticas, los científicos pueden comprender mejor el mundo prehistórico. Aunque es interesante aprender sobre microorganismos antiguos, los estudios en el área de paleomicrobiología pueden ayudar a los científicos a establecer un vínculo entre el pasado, el presente y el futuro. Al determinar la composición de los microbiomas antiguos, es fácil rastrear los cambios evolutivos que ocurrieron debido a la industrialización, la globalización y las prácticas modernas de saneamiento1. Es intuitivo que las personas han cambiado drásticamente su relación con los microbios, y este cambio se registra literalmente en el cuerpo.

Link to the original post: Rivera-Perez, J.I., Santiago-Rodriguez, T.M., Toranzos, G.A. 2016. Paleomicrobiology: a Snapshot of Ancient Microbes and Approaches to Forensic Microbiology. Microbiol Spectr. 4(4). doi:10.1128/microbiolspec.EMF-0006-2015

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  1.  Rivera-Perez, J.I., Santiago-Rodriguez, T.M., Toranzos, G.A. 2016. Paleomicrobiology: a Snapshot of Ancient Microbes and Approaches to Forensic Microbiology. Microbiol Spectr. 4(4). doi:10.1128/microbiolspec.EMF-0006-2015
  2.  Cano RJ. 1997. Isolation, characterization, and diversity of microorganisms from amber. Proceedings of SPIE. 3111: 444-451. doi:10.1117/12.278799
  3. Drancourt, M., Aboudharam, G., Signoli, M., Dutour, O., Raoult, D. 1998. Detection of 400-year-old Yersinia pestis DNA in human dental pulp: an approach to the diagnosis of ancient septicemia. Proc Natl Acad Sci USA. 95:12637–12640.
  4. Papagrigorakis, M.J., Synodinos, P.N., Yapijakis, C. 2007. Ancient typhoid epidemic reveals possible ancestral strain of Salmonella enterica serovar Typhi. Infect Genet Evol. 7:126–127.
  5. Harbeck, M. et al. 2013. Yersinia pestis DNA from skeletal remains from the 6(th) century AD reveals insights into Justinianic Plague. PLoS Pathog.
  6.  Reinhard, K.J., Hevly, R.H., Anderson, G.A. 1987. Helminth remains from prehistoric Indian coprolites on the Colorado Plateau. J Parasitol. 73:630–639.

Traducido por: Santiago Chaillou