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La historia evolutiva del microbioma humano es incierta, pero la evidencia científica actual sugiere la existencia de un ancestro microbiano universal. Las quiméricas células nucleadas conviven con un universo microscópico de descendientes del mismo antepasado común en perfecto equilibrio. Esta coexistencia pacífica es el resultado de la presencia de sofisticados mecanismos moleculares de co-adaptación que ilustran la conocida cita del biólogo evolutivo Theodosius Dobzhansky; «Nada en biología tiene sentido si no es en el contexto de la evolución».
La relación de simbiosis entre humano y microbiota es el resultado evolutivo de una interacción biológica. En ella una o ambas partes obtienen beneficio de dicha interacción y en ningún caso existe perjuicio para los organismos implicados. La comparativa de microbiomas a través de la filogenia de los homínidos ha servido a la comunidad científica para estudiar cómo el microbioma del humano ha divergido con respecto a otros miembros de la familia Hominidae.
Este análisis ha revelado que los cambios en la composición del microbioma se acumularon de manera constante a medida que los simios africanos se diversificaron. Pero en diferencia, los microbiomas humanos se han transformado a un ritmo acelerado debido a una pérdida dramática de la diversidad microbiana ancestral. Por tanto, la evidencia científica sostiene que el microbioma humano ha sufrido una transformación sustancial desde la división humano-chimpancé.
Diversidad en la historia evolutiva del microbioma humano
La diversidad media del microbioma humano es inferior que el de otras especies de simios. Esta tendencia no parece ser el producto de ninguna práctica cultural específica y es independiente del lugar del origen geográfico de la población humana. No obstante, existe una variación intraespecífica. En un estudio reciente se ha demostrado que la diversidad de la microbiota intestinal de ciudadanos adultos estadounidenses de áreas metropolitanas es inferior a la de habitantes del Malawi rural o poblaciones amerindias de la Venezuela amazónica. Aunque existen características funcionales compartidas durante los primeros tres años de vida en las tres poblaciones.
Una explicación alternativa a la pérdida de diversidad microbiana en humanos es que los géneros Pan y Gorilla experimentaron un incremento independiente en los niveles de diversidad microbiana. Esto desde que se separaron filogenéticamente del género Homo. Sin embargo, la búsqueda de explicaciones plausibles que sostengan esta hipótesis no es directa. La consideración de las diferencias culturales y ecológicas entre humanos y el resto de los homínidos como causas de la reducción de la diversidad microbiana a lo largo del linaje humano es la interpretación más aceptada por la comunidad científica en la actualidad.
Patrones evolutivos
A pesar de las marcadas diferencias entre los microbiomas de humanos y el resto de los homínidos, existe un conjunto de taxones bacterianos. Estos son compartidos entre las distintas poblaciones que podrían representar el núcleo ancestral del microbioma del simio africano. Además, los patrones de co-ocurrencia entre muchos de estos taxones se recapitulan a través de las especies hospedadoras.
Es posible que estos patrones de coexistencia constantes entre los taxones bacterianos resulten de relaciones ecológicas. Las mismas son anteriores a la diversificación de especies de simios humanos y africanos.
La comparación filogenética de poblaciones microbianas entre especies de homínidos puede revelar las diferencias constantes. Estas diferencias están marcadas entre sus microbiomas originados en el punto de divergencia de las especies hospedadoras. La implicación relativa de la divergencia genética y ecológica entre las especies hospedadoras en el origen de las diferencias entre sus microbiomas siguen sin estar claras.
Antecedentes en historia evolutiva del microbioma humano
El estudio de homínidos que consumen dietas en entornos similares revela hasta qué punto los microbiomas se atribuyen a las diferencias entre los hospedadores. Esto no corresponde a las diferencias entre los entornos o estilos de vida de los mismos. Se han llevado a cabo algunos intentos para comparar los microbiomas de diferentes especies hospedadoras que coexisten.
Por ejemplo, Ley et al.3 mostraron que las diferencias entre los microbiomas intestinales de los taxones de mamíferos relacionados a distancia se mantenían cuando los huéspedes residían en el mismo zoológico. Del mismo modo, Song et al.4 encontraron que los perros y humanos que cohabitan comparten más especies bacterianas. Esto en comparación con los huéspedes de hogares separados. Pero los microbiomas intestinales de los perros son diferentes de los de los seres humanos con los que cohabitan.
Asimismo, Moeller et al.5 demostraron que los chimpancés y gorilas simpátricos albergan más especies bacterianas similares que los chimpancés y gorilas alopáricos. Pero los microbiomas de chimpancé y gorila siempre pueden diferenciarse, incluso cuando la especie hospedadora vive en simpatía. Si bien los entornos compartidos podrían llevar al intercambio de algunos taxones bacterianos, muchas de las diferencias entre los microbiomas de las especies hospedadoras no están influenciadas por el ambiente.
Métodos para el estudio de la composición de la microbiota
La meta-taxonomía es la estrategia más utilizada para caracterizar la composición y las cantidades relativas de cada taxón. Esto en las comunidades microbianas y su evolución en función del tiempo u otras variables ambientales. La mayoría de las bacterias de los ecosistemas son difíciles de cultivar. Incluso, cuando es posible, el estudio de la microbiota por cultivo puede ser muy laborioso. Por lo tanto, se han desarrollado diferentes técnicas que se basan en la secuenciación de alto rendimiento (o “high-throughput”) que permiten la identificación de microorganismos en función de sus secuencias genómicas.
El enfoque más común para estudiar estos microorganismos se basa en la extracción de ADN de todas las células microbianas de una muestra determinada, la amplificación del gen codificante para la subunidad 16S del ARN ribosomal (ARNr 16S), presente en bacterias y arqueas, la secuenciación de los productos amplificados, el agrupamiento de las secuencias obtenidas según sus similitudes y su clasificación taxonómica para identificar la abundancia relativa de cada especie. Los métodos estándar para llevar a cabo estudios meta-taxonómicos están disponibles en la literatura y pueden ser llevados a cabo en filo, clase, orden, familia o género.
Dependiendo de la metodología en uso y la longitud del fragmento secuenciado, el análisis se puede realizar con precisión en género o solo en familia. El gen para el ARNr 16S se considera un cronómetro evolutivo porque está altamente conservado en todos los organismos y es utilizado universalmente en identificación taxonómica. La estructura secundaria del gen para el ARNr 16S se ha mantenido altamente conservada a lo largo de la evolución, presentando regiones espaciadas variables donde los cambios se acumulan lentamente. Estas regiones poseen suficiente variabilidad para diferenciar a bacterias estrechamente relacionadas filogenéticamente.
Microbiota aplicada
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