Este artículo se publica en colaboración con The Harvard Gazette. La publicación no implica el respaldo de las opiniones del Foro Económico Mundial.
Cuarenta y ocho científicos de 50 instituciones de EE. UU. han formado el Consorcio de la Iniciativa Unificada de Microbiomas (UMIC). Los científicos prevén un esfuerzo coordinado que abarque el apoyo de agencias nacionales, interinstitucionales e intergubernamentales, con el objetivo de impulsar la investigación de vanguardia sobre microbiomas y permitir avances revolucionarios en medicina, gestión de ecosistemas, energía sostenible y producción de materias primas. Su propuesta se publicó en línea en la revista Science el 28 de octubre.
Las formas de vida microbianas —incluidos los virus, las bacterias y los hongos— son los organismos más diversos y abundantes de la Tierra. Durante miles de millones de años han dado forma a nuestros orígenes evolutivos y siguen teniendo un impacto generalizado. La UMIC prevé que los microbiomas se aprovechen mediante la ingeniería genética para aplicaciones en un plazo de 10 años.
“Los microbios están en todas partes. Por eso, comprender los microbiomas, ya sean los que viven en nuestro cuerpo y sobre él o los que se encuentran en el medio ambiente, es esencial para comprender la vida”, afirmó Pamela Silver, miembro del cuerpo docente principal del Instituto Wyss para la Ingeniería Inspirada en la Biología de la Universidad de Harvard.
Silver también es una de las líderes académicas del Instituto Wyss en la plataforma de Biología Sintética, catedrática Elliot T. y Onie H. Adams de Bioquímica y Biología de Sistemas en la Facultad de Medicina de Harvard (HMS), y miembro fundador del Departamento de Biología de Sistemas de HMS.
“Comprender cómo [los microbiomas] funcionan podría ser la clave de avances tan diversos como la lucha contra la resistencia a los antibióticos y las enfermedades autoinmunes, la recuperación de tierras agrícolas devastadas, la reducción del uso de fertilizantes y pesticidas, y la conversión de la luz solar en productos químicos útiles”, afirmó Jeff F. Miller, director del California NanoSystems Institute y autor de correspondencia del artículo de Science.
Mediante procesos metabólicos, los microbios sintetizan innumerables moléculas diferentes, lo que, gracias a la ingeniería genética, podría dar lugar a colonias de “trabajadores” microbianos utilizados para la síntesis sostenible de productos farmacéuticos, materiales y productos químicos comerciales. Los microbios modificados genéticamente también podrían producir biocombustibles mediante procesos metabólicos y utilizarse en la conversión de la energía solar en combustible líquido, según el trabajo que ya lleva a cabo Silver en el Instituto Wyss y en HMS.
Los microbios también desempeñan un papel vital en el equilibrio de los procesos biogeoquímicos, como la eliminación del dióxido de carbono de la atmósfera. Las interacciones entre el suelo, las raíces de las plantas y los microbios desempeñan un papel importante en la salud de las plantas y en el rendimiento de los cultivos.
Crédito: Instituto Wyss para la Ingeniería Inspirada en la Biología de la Universidad de Harvard
Además, los microbiomas de nuestro tracto gastrointestinal regulan rasgos fisiológicos, metabólicos, inmunológicos, cognitivos, conductuales y psiquiátricos de amplio alcance. Comprender y manipular los microbiomas humanos podría ser clave para gestionar la salud física y mental. Silver y su equipo ya han empezado a desarrollar varias vías potenciales para aprovechar los microbios intestinales con el fin de mejorar la salud. En colaboración con James Collins, miembro del cuerpo docente principal del Instituto Wyss, Silver ha diseñado “reporteros” bacterianos programados genéticamente capaces de detectar y registrar las condiciones del tracto gastrointestinal. Y, trabajando con Donald Ingber, director fundador del Instituto Wyss, y con su científico principal, Jeffrey Way, Silver está desarrollando consorcios de microbios sintéticos que podrían utilizarse para tratar enfermedades gastrointestinales.
Su experiencia y trayectoria en estas áreas emergentes de la biología sintética han permitido a Silver aportar su liderazgo intelectual, como miembro de la UMIC, sobre cómo la propuesta Iniciativa Unificada de Microbiomas podría integrar áreas de interés para acelerar la investigación sobre microbiomas.
“Me interesa diseñar microbios como forma de investigar su comportamiento”, afirmó Silver. “El propósito de esta iniciativa unificada es determinar cuáles son las grandes preguntas que tenemos sobre el microbioma y qué tecnologías específicas necesitamos para investigar esas preguntas.”
Algunas de las grandes preguntas que el grupo espera abordar a través de la coalición organizada incluyen comprender cómo los microbios se organizan en comunidades y qué los hace resilientes o resistentes a las perturbaciones, cómo interactúan entre sí los genes del microbioma, qué genes del microbioma están asociados con qué organismos, así como cómo podemos aprovechar de forma beneficiosa los microbiomas de los seres humanos, los animales, las plantas y los entornos.
Para encontrar las respuestas a estas preguntas, los científicos deben recibir primero apoyo para desarrollar tecnologías revolucionarias que permitan investigar los microbiomas. En concreto, el grupo recomienda desarrollar métodos computacionales mejorados para analizar y predecir el enorme número de genes desconocidos y sus funciones que componen los microbiomas; pasar de un análisis específico de genes a uno basado en el genoma completo, mediante bibliotecas de referencia genómica y métodos de secuenciación mejorados; desarrollar métodos de imagen de alta potencia para observar visualmente comunidades de microbios hasta el nivel individual; nuevos sistemas de modelización adaptativa y herramientas de registro de datos; técnicas mejoradas de ingeniería genética para perturbar comunidades microbianas; y métodos novedosos para imitar entornos naturales que favorezcan el crecimiento de los microbiomas en el laboratorio, entre otros.
“El descubrimiento de la existencia y la importancia del microbioma ha proporcionado un nuevo marco de referencia para nuestra comprensión de la salud y de nuestro entorno”, afirmó Ingber, catedrático Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y en el Boston Children’s Hospital. “Un esfuerzo coordinado a escala nacional para invertir en la comprensión y el aprovechamiento de los microbiomas podría abrir fronteras completamente nuevas en la biotecnología y la medicina, y dar lugar a soluciones que no serían posibles de ninguna otra manera.”
El artículo que propone una Iniciativa Unificada de Microbiomas puede consultarse en el número del 30 de octubre de Science o a través de un portal en línea habilitado por la Sociedad Estadounidense de Microbiología.
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Autoría: Kat J. McAlpine, redactora científica del Instituto Wyss para la Ingeniería Inspirada en la Biología.
Imagen: Ejemplos de crecimiento bacteriano en un laboratorio de microbiología de la Agencia Búlgara de Seguridad Alimentaria, junio de 2011. REUTERS.
