Aunque la ciencia ha logrado avances innegables en la comprensión del microbioma humano, sigue siendo una caja negra biológica. Marco Jost, desde su laboratorio en la Facultad de Medicina de Harvard, se adentra en decodificar el lenguaje de la compleja comunicación molecular entre el huésped humano y sus microbios.
Jost, profesor asistente de microbiología en el Instituto Blavatnik de HMS, está trabajando para descifrar cómo las bacterias, hongos y virus que habitan en nuestro interior, regulan nuestro metabolismo, modulan nuestra actividad de los genes y alteran nuestra inmunidad. Y, además, cómo protegen nuestra salud y moldean nuestro riesgo de enfermedad.
El laboratorio de Jost busca decodificar el lenguaje de la comunicación molecular entre el huésped humano y sus microbios, utilizando herramientas de edición de genes basadas en CRISPR. Es decir, modelos celulares para probar los efectos de diferentes moléculas microbianas en diversos tejidos y órganos. Y una variedad de otros enfoques, tomado de disciplinas que incluyen inmunología, bioquímica y biología química.
Jost describe el microbioma como «un factor de influencia global en la salud humana». Dice a Harvard Medicine News que comprender cómo el microbioma ejerce esta influencia sólo será posible traduciendo las señales moleculares precisas y los mensajes químicos intercambiados entre los microbios y sus huéspedes humanos.
“Me interesé por el microbioma en mis estudios de posgrado, cuando comenzaban a aparecer los primeros grandes estudios sobre el microbioma humano. Estos estudios señalaron una notable complejidad ecológica y química del microbioma humano, así como sus importantes funciones en la salud humana. ¡Todo esto parecía tan fascinante! Fue entonces cuando comencé a seguir el campo y a pensar en algún día trabajar en él. No terminé entrando en este campo hasta más tarde, durante mi trabajo postdoctoral”, señaló.
La caja negra del microbioma humano
¿Cómo puedes empezar a descifrar este diálogo?, preguntó HMNews. “Ésta es una pregunta fantástica y en la que pensamos casi a diario. Todo lo relacionado con esta investigación es complicado. Hay miles de bacterias diferentes e incluso producen moléculas más pequeñas únicas. En principio, cada pequeña molécula puede interactuar con muchos tipos de células de nuestro cuerpo, lo que desencadena vías adicionales que, en última instancia, dan forma a la biología humana”.
Nuestra premisa principal, comentó, “es que muchos de los efectos del microbioma en la salud humana pueden explicarse por pequeñas moléculas del microbioma que actúan a nivel de la biología celular. Por ejemplo, activando o inhibiendo vías de señalización o bloqueando ciertas interacciones químicas”. Y así, basándose en esta premisa, “comenzamos gran parte de nuestro trabajo tomando grandes colecciones de moléculas pequeñas o mezclas de moléculas del microbioma”.
Agregándolas a células de diferentes órganos o tipos de tejidos. Y luego leyendo cómo responden las células a nivel molecular, precisó el experto.
Para las moléculas que provocan respuestas interesantes en las células humanas, utilizamos el cribado basado en CRISPR. El objetivo es identificar los receptores y vías correspondientes en las células humanas implicadas en estas respuestas. Lo que esto significa básicamente es que podemos usar CRISPR para agregar o eliminar genes en células humanas. Para determinar cómo la presencia o ausencia de estos genes afecta la forma en que las células humanas responden a las moléculas microbianas.
Y con estos dos enfoques podemos definir enlaces moleculares concretos, lo que nos permite hacer experimentos mucho más definidos en modelos más complejos como los modelos animales.
Hallazgos importantes en la investigación
Jost adelantó algunos hallazgos de su investigación sobre el microbioma humano. “Descubrimos que las pequeñas moléculas producidas por los microbios intestinales afectan la producción de hormonas. Así como las vías que controlan la homeostasis del intestino y el metabolismo de los lípidos. En esencia, cómo el cuerpo logra un equilibrio entre producir y descomponer grasas. Todos estos son ejemplos de vías básicas en células humanas que son importantes para la biología humana.
¿Cuáles son algunas de las aplicaciones terapéuticas más tentadoras de la ciencia del microbioma que prevé en los próximos 10 a 20 años?
“La dirección más prometedora aquí es que el microbioma humano es esencialmente una ventana a la nueva biología. Ha quedado claro que el microbioma es un modulador global de muchos aspectos de la biología humana. Y así, al seguir cómo el microbioma ejerce estos efectos, podemos encontrar nuevas vías que regulen estos aspectos de la biología humana. Y, a su vez, esto creará una base para el desarrollo de nuevas terapias. Por ejemplo, podemos encontrar nuevos objetivos farmacológicos o nuevos compuestos para tratar una amplia gama de trastornos neurológicos o autoinmunes”.
Jost es uno de los ocho investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard que han recibido subvenciones del programa de investigación de alto riesgo y alta recompensa de los Institutos Nacionales de Salud (NIH).
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