Científicos hacen un atlas de los microorganismos que nos rodean

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Desde Estocolmo hasta Shanghái, pasando por Sacramento y Sídney, más de 900 científicos y voluntarios en 6 continentes descubrieron que cada ciudad tiene su propio perfil microbiano único.

Durante siglos, los naturalistas han mapeado la flora y fauna del mundo, han ensamblado atlas de aves migratorias y peces de agua fría, y bosquejado la geografía de animales carnívoros y plantas alpinas.

En la actualidad, un enorme equipo internacional de investigadores ha agregado un nuevo volumen a la colección: un atlas de microorganismos que se pueden encontrar en los metros del mundo. Contiene datos recolectados por más de 900 científicos y voluntarios en 60 ciudades de 6 continentes, desde Estocolmo hasta Shanghái, pasando por Sacramento, en Estados Unidos, y Sídney.

“Tuvimos una falange coordinada de personas con hisopos y cubrebocas, que recolectaron material genético de ciudades de todo el mundo”, dijo Christopher Mason, un genetista del Centro Médico Weill Cornell que dirigió la investigación.

El equipo encontró que, aunque cada ciudad tenía su propio perfil microbiano único, había un “microbioma urbano central” que compartían todas las ciudades. Los científicos, miembros del consorcio internacional MetaSUB, también descubrieron más de 10.000 especies de virus y bacterias no identificadas previamente. Publicaron los hallazgos en la revista Cell el 26 de mayo.

“Hemos realizado una inmersión profunda en los centros urbanos para encontrar un diverso y valioso tesoro de nuevas formas de vida”, dijo Mason. “Los pasamanos y las bancas de nuestras ciudades a veces tienen tanta o más diversidad que la que se encuentra en una selva tropical”.

Se desconoce la fuente y la función de muchos de estos microbios. La investigación deja en evidencia cuánto queda por aprender sobre los microorganismos que nos rodean. Sin embargo, los científicos recalcan que los hallazgos no deberían ser motivo de alarma.

“No vemos nada que nos preocupe”, dijo David Danko, uno de los autores del artículo y director de bioinformática de MetaSUB. “La gente está en contacto permanente con ellos”. Además, añadió: “No queremos que la gente les tema a estos microbios, porque simplemente son parte del ecosistema en el que vivimos como seres humanos”.

Topógrafos del Metro

La recolección de muestras para el nuevo estudio comenzó en 2015, después de que la investigación de Mason sobre los microbios del sistema de metro de la ciudad de Nueva York atrajera interés internacional. En respuesta, decidió crear el consorcio MetaSUB para estudiar los microbios presentes en las ciudades de todo el mundo.

De 2015 a 2017, equipos de investigadores y voluntarios se desplegaron por los sistemas de transporte masivo de 60 ciudades, recolectando miles de muestras. Limpiaron una amplia variedad de superficies, incluidos los torniquetes, barandillas, quioscos de boletos y bancos dentro de las estaciones de tránsito y los vagones del metro. (En las ciudades que no tenían sistemas de metro, los equipos se centraron en el sistema de autobuses o trenes).

A menudo, las expediciones subterráneas de los científicos llamaban la atención. Algunos viajeros se volvieron tan curiosos que se unieron al cuerpo de voluntarios de limpieza, mientras que otros insistieron en que no querían saber qué había en los postes del metro. En ocasiones, los pasajeros malinterpretaban lo que estaban haciendo los investigadores con sus diminutos hisopos. “Un hombre nos agradeció efusivamente por limpiar el metro”, dijo Mason.

Los investigadores también recolectaron muestras de aire de los sistemas de tránsito de seis ciudades -Nueva York, Denver, Londres, Oslo, Estocolmo y Hong Kong- para un artículo complementario sobre el “microbioma del aire” publicado el 26 de mayo en la revista Microbiome.

“Esto es importantísimo”, dijo Erica Hartmann, microbióloga de la Universidad del Noroeste, quien no participó en el estudio. “La cantidad de muestras y la diversidad geográfica de las muestras… eso no tiene precedentes”.

Luego, el equipo extrajo y secuenció el ADN de cada muestra para identificar las especies que contenía. En total, en todas las muestras de superficies, encontraron 4246 especies conocidas de microorganismos. Dos tercios eran bacterias, mientras que el resto era una mezcla de hongos, virus y otros tipos de microbios.

Pero eso fue solo el comienzo: también encontraron 10.928 virus y 748 tipos de bacterias que nunca habían sido documentados. “Pudimos ver que eran reales -son microorganismos- pero no se encuentran en ninguna base de datos”, dijo Daniela Bezdan, ex directora ejecutiva de MetaSUB, que ahora se desempeña como investigadora asociada en el Hospital Universitario Tübingen en Alemania.

La gran mayoría de estos organismos probablemente representen poco riesgo para los humanos, dijeron los expertos. Es probable que casi todos los virus nuevos que encontraron sean bacteriófagos, virus que solo infectan bacterias, afirmó Danko. Además, la secuenciación genética no puede distinguir entre organismos muertos y vivos, y ningún entorno es estéril. De hecho, nuestros cuerpos dependen de una comunidad rica y dinámica de microbios para funcionar de forma correcta.

“Creo que lo más importante es no asustarse”, dijo Noah Fierer, microbiólogo de la Universidad de Colorado en Boulder, quien no participó en la investigación. “La mayoría no son patógenos y probablemente sean inocuos. Algunos hasta podrían ser beneficiosos”.

Algunos de los nuevos microbios que encontraron también podrían convertirse en fuentes de nuevos fármacos u otros compuestos útiles. “La cantidad de diversidad microbiana es incomprensiblemente vasta”, dijo Hartmann. “Hay demasiadas cosas allá afuera que no entendemos. Podría haber todo tipo de biotecnologías ingeniosas y procesos químicos divertidos de los que aún no somos conscientes”.

Sin embargo, en esta enorme colección de microbios, los científicos pudieron identificar 31 especies de bacterias -las que llamaron “microbioma urbano central”- que estuvieron presentes en casi todas las muestras en todas las ciudades.

Cerca de la mitad de estas especies son bacterias que normalmente viven dentro y sobre el cuerpo humano, sobre todo en la piel. Entre ellas se encuentra el bacilo Cutibacterium acnes, que se alimenta del aceite de nuestro rostro, y la Micrococcus luteus, que contribuye a la producción del olor corporal al descomponer los compuestos de nuestro sudor. (Los científicos encontraron que las bacterias de la piel también constituyeron la mitad de los microbios recopilados en el aire).

El microbioma central también contenía bacterias del suelo, así como algunas especies más inesperadas, como el Modestobacter marinus, que generalmente se asocia con el océano. Los investigadores no están seguros de por qué se encuentra en las estaciones de metro del mundo, pero su alta tolerancia a la sal y su capacidad para resistir la radiación podrían darle una particular capacidad de resistencia; se sabe que crece bien sobre piedra.

De hecho, varias de las especies del microbioma central tienen características similares que podrían ayudarlas a sobrevivir en entornos aparentemente inhóspitos. “Es probable que un pasamanos de acero no sea un lugar agradable para vivir, pero quizás se hayan adaptado para sobrevivir allí”, dijo Mason.

Por el momento, esa es solo una de varias teorías posibles. “Todavía no podemos dar una respuesta satisfactoria acerca de lo que están haciendo realmente algunas de estas cosas”, dijo Danko.

Más allá de este microbioma central, hubo una enorme variación entre las ciudades. Se constató cierto agrupamiento geográfico evidente: los perfiles microbianos de las ciudades de América del Norte y Europa eran diferentes a los de las ciudades de Asia oriental. Y, en promedio, cuanto más cercanas estaban dos ciudades, más similares eran sus perfiles microbianos.

De hecho, las firmas microbianas de las ciudades eran lo suficientemente distintivas como para que los científicos pudieran identificar, con un 88 por ciento de precisión, de dónde provenía una muestra. “Dame tu zapato, y si lo secuencio, probablemente podría decirte en qué parte del mundo vives”, dijo Mason.

No está del todo claro qué impulsa estas diferencias. Tanto el clima como la geografía juegan algún papel: las ciudades más cercanas al Ecuador tenían más diversidad microbiana que las que estaban más lejos, mientras que algunas ciudades costeras tenían microbios que se asocian típicamente con el agua.

Los viajeros en diferentes ciudades también pueden estar eliminando diferentes microbios de sus cuerpos. Investigaciones anteriores han demostrado que el microbioma humano varía individualmente según la edad, el sexo, la geografía y una variedad de factores de estilo de vida, incluida la dieta y el uso de medicamentos.

“Lo que podemos especular, basándonos en otros estudios, es que la microbiota de la piel humana podría ser un reflejo de la demografía de los pasajeros que se trasladan hacia sus trabajos, lo que es diferente en cada ciudad”, afirmó Marius Dybwad, científico principal del Instituto Noruego de Investigación para la Defensa (FFI, por su sigla en noruego), quien dirige el proyecto en el aire de MetaSUB.

Sin embargo, muchas cosas siguen siendo un misterio, y bastantes variaciones continúan sin tener explicación. “Quizás no haya una sola explicación”, dijo Fierer, de la Universidad de Colorado en Boulder. “Algunas ciudades podrían tener más componentes de tierra, o diferentes alimentos, o plantas que aportan microbios al aire que terminan aterrizando en las superficies, o diferentes prácticas de higiene… lo que quiero decir es que hay cientos de explicaciones diferentes. Pero es genial poder ver eso”.

Los investigadores también compararon las secuencias genéticas que encontraron con bases de datos de genes que pueden darles a los microorganismos la capacidad de anular antibióticos y otros compuestos antimicrobianos. Estos “genes de resistencia antimicrobiana” estuvieron muy presentes en las muestras de aire y superficie de todas las ciudades, pero su tipo y abundancia variaron enormemente en cada ciudad.

“No me sorprende que hayan identificado genes de resistencia antimicrobiana”, dijo Hartmann. “Están en todas partes, y la resistencia antimicrobiana es una función antigua que precede a los humanos y su uso de los antimicrobianos”.

Los microorganismos utilizan sus propios compuestos antimicrobianos para combatir a otros microbios, y la resistencia a los antimicrobianos es una adaptación natural; encontrar estos genes no significa que haya superbacterias peligrosas acechándonos en el metro.

“No es posible inferir nada sobre el riesgo para la salud a partir de esta información solamente”, dijo Dybwad. “No tenemos evidencia que demuestre que los organismos están realmente vivos y son metabólicamente activos”.

Un catálogo mundial de genes de resistencia antimicrobiana podría, en última instancia, ayudar a los científicos a comprender mejor lo referente a las defensas biológicas que los microbios han desarrollado y ayudar a las autoridades de la salud pública a monitorear los genes de resistencia que pudieran ser habituales en su área.

¿Podremos dar algún tipo de aviso sobre qué buscar?”, dijo Danko. “¿Seremos capaces de rastrear la propagación de bacterias o genes que harán que las bacterias sean resistentes a los antibióticos en el futuro? ¿Podremos utilizar esto como una manera de informar a los departamentos de salud pública sobre el uso de antibióticos de aquí en adelante?”.

Mientras tanto, la labor continúa. Los investigadores del consorcio esperan poder aprender más sobre la biología y la ecología de las especies que están encontrando, así como la forma en que podrían influir en la salud humana. El año pasado, comenzaron a tomar pruebas en hospitales urbanos, aguas residuales y espacios públicos para buscar rastros de SARS-CoV-2, el virus que causa la COVID-19.

Además, continúan explorando los sistemas de metro del mundo, armados con hisopos estériles y tubos de recolección. “Seguimos encontrando cosas nuevas”, dijo Mason. “Si dejamos de encontrar nuevas especies, quizás nos detengamos y digamos: ‘OK, creo que ya hemos agotado la mayor parte de lo que se puede encontrar en el metro'”.