Multiómica
Investigación sobre el microbioma
Transformar los análisis del microbioma en información práctica
Usado por
Recursos destacados sobre el microbioma
Microbioma y metabolómica
El microbioma es el conjunto de bacterias que colonizan el intestino. Estos microorganismos afectan no sólo a la química del intestino, sino también a la de otras partes del cuerpo. Se cree que el microbioma intestinal influye en la digestión, el desarrollo del sistema inmunitario y la respuesta inmunitaria frente a patógenos. La alteración del microbioma se ha asociado a un mayor riesgo de diabetes de tipo II y puede contribuir a la patología de diversas enfermedades autoinmunes y neurodegenerativas. Quizás lo más importante es que estos hallazgos demuestran la complejidad de la relación entre el microbioma intestinal y la salud humana y subrayan la necesidad de comprenderla mejor.
La metabolómica por espectrometría de masas es una de las tecnologías clave para detectar e identificar las pequeñas moléculas producidas por el microbioma humano y comprender el papel funcional de estos metabolitos microbianos. Aunque la secuenciación proporciona información sobre la microbiota presente, la metabolómica es una lectura directa de la función de un sistema, lo que convierte al metaboloma en el reflejo más cercano del fenotipo en tiempo real y, por tanto, en una herramienta inestimable para avanzar en nuestra comprensión del microbioma intestinal y su papel en la salud y la enfermedad humanas.
Profundizar en el conocimiento fenotípico del microbioma mediante perfiles metabolómicos
Para identificar las especies y cepas bacterianas del microbioma intestinal se suele recurrir a la secuenciación dirigida o de escopeta del ARNr 16S. Sin embargo, esto sólo revela una parte del cuadro. Como impulsores clave del metabolismo, los metabolitos no sólo reciben aportaciones del genoma, el proteoma y el medio ambiente, sino que también representan el paso final de los procesos biológicos, lo que los convierte en el reflejo más cercano del estado fisiológico en tiempo real de un organismo. Dada esta interconectividad, la evaluación de la metabolómica junto con otras ómicas es esencial para obtener una comprensión exhaustiva del microbioma intestinal y sus efectos en la fisiología humana. A continuación, analizamos varios casos prácticos que demuestran las ventajas de evaluar estos conjuntos de datos de forma conjunta.
Salud fetal y maternal
Se cree que la exposición a la dieta de la madre en el útero puede influir en la composición del microbioma intestinal de la descendencia y, posteriormente, afectar a la salud metabólica en la edad adulta. Sin embargo, esta hipótesis no se ha probado a fondo. Para investigar esta idea, un equipo de investigación alimentó a grupos de ratones hembra con las siguientes dietas desde un mes antes del embarazo hasta el destete (día postnatal 21): 1) baja en azúcar y grasa (control), 2) alta en azúcar y grasa, 3) alta en grasa, 4) alta en grasa + aceite de linaza. Tras el destete, sometieron a las crías a una dieta baja en grasas y azúcares hasta la edad adulta. Se realizó la secuenciación 16S de muestras de ADN fecal de las madres en el día 10 del embarazo y de las crías en el día 21 postnatal y en el día 91 postnatal. La exposición en el útero y en los primeros años de vida al aceite de linaza se asoció con niveles enriquecidos de sulfato de 4-hidroxicinamato, sulfato de catecol, hipurato e indolelactato en comparación con la descendencia de madres con una dieta rica en grasas. Una dieta materna rica en grasas dio lugar a una programación metabólica y del microbioma intestinal a largo plazo en la descendencia, que aumentó la cantidad de tejido adiposo visceral (VAT) y la inflamación y fibrosis asociadas. Estos rasgos no se observaron en la descendencia de madres con una dieta rica en grasas y aceite de linaza. La suplementación con hipurato redujo la fibrosis del VAT. En conjunto, estos datos sugieren que los efectos perjudiciales de la exposición temprana a una dieta rica en grasas pueden atenuarse suplementando la dieta materna con ácidos grasos poliinsaturados omega-3. Las investigaciones futuras deberán profundizar en los mecanismos que vinculan la nutrición materna, las alteraciones del microbioma intestinal y la salud metabólica. La ampliación de estos trabajos a modelos humanos y la exploración de vías terapéuticas, como la suplementación con metabolitos microbianos, podrían abrir nuevas estrategias para prevenir la obesidad y el síndrome metabólico desde la gestación y en las primeras etapas de la vida.
Newman, T. et. al. Early-life dietary exposures mediate persistent shifts in the gut microbiome and visceral fat metabolism. Am J Physiol Cell Physiol. 2023 Mar 1;324(3): C644-C657..
Caracterización de la respuesta al tratamiento
El trabajo estudia los efectos del tratamiento con estatinas, que se utilizan para reducir el colesterol y disminuir el riesgo de enfermedad cardiovascular aterosclerótica. Las estatinas son uno de los medicamentos más recetados en todo el mundo y, aunque reducen eficazmente el riesgo de enfermedad cardiovascular para muchos, se asocian con un control metabólico alterado y un mayor riesgo de diabetes de tipo II para un subconjunto de pacientes. Para probar la hipótesis de que el microbioma intestinal puede desempeñar un papel en la modificación de la respuesta de los pacientes a las estatinas, un grupo de investigación evaluó la composición del microbioma en dos cohortes independientes: una cohorte sana que incluía usuarios y no usuarios de estatinas, y una cohorte de individuos en diversas fases de progresión de la enfermedad cardiometabólica. Realizaron perfiles de la microbiota intestinal mediante amplicones de ARNr 16S y secuenciación metagenómica de escopeta en muestras de heces recogidas de la cohorte sana. A continuación, identificaron asociaciones entre las características del microbioma y los marcadores de los efectos adversos y deseados de las estatinas mediante perfiles metabolómicos sanguíneos, pruebas de laboratorio clínico y análisis estadísticos de alto nivel. La heterogeneidad en las respuestas a las estatinas se asoció sistemáticamente con la variación del microbioma intestinal en ambas cohortes. Un entorno intestinal con baja diversidad de bacterias y altos niveles de Bacteroides se asoció con respuestas más intensas a las estatinas, tanto en el objetivo como en los efectos adversos. Estos resultados se validaron en la cohorte de enfermedades cardiometabólicas. Este estudio demuestra que el seguimiento del microbioma puede ayudar a fundamentar la toma de decisiones clínicas en función de la probable respuesta del paciente al tratamiento con estatinas. También subraya el conocimiento del microbioma que la metabolómica puede aportar como herramienta complementaria a otras técnicas ómicas. De cara al futuro, esta investigación allana el camino para enfoques más precisos en el tratamiento de enfermedades cardiovasculares, donde la composición del microbioma intestinal podría utilizarse para predecir y optimizar los resultados de los pacientes, reduciendo el ensayo y error en la prescripción de fármacos y mejorando la salud a largo plazo. La investigación futura debería centrarse en intervenciones clínicas que modifiquen el microbioma intestinal para mejorar la eficacia de las estatinas y minimizar los efectos adversos.
Wilmanski, T. et. al. Heterogeneity in statin responses explained by variation in the human gut microbiome. Med. 2022 Jun 10;3(6): 388-405. PMID: 35690059.
Caracterización de los mecanismos de la patología
La enfermedad de Alzheimer (EA) es un trastorno neurodegenerativo progresivo y la principal causa de demencia en adultos mayores, que afecta a más de 40 millones de personas en todo el mundo. Los ácidos biliares (BA) son productos del metabolismo del colesterol que tienen importantes funciones de señalización. Se producen en el hígado y son metabolizados por las bacterias intestinales. El microbioma está implicado en los trastornos neurodegenerativos y, en particular en la EA, los ácidos biliares parecen estar desregulados, lo que sugiere que el microbioma puede desempeñar un papel en la patología de la EA. Para probar esta hipótesis, un grupo de investigación utilizó metabolómica dirigida para medir los niveles séricos de 15 BA primarios y secundarios en una gran cohorte de personas con EA, deterioro cognitivo leve e individuos sanos emparejados por edad. Identificaron asociaciones entre los perfiles de BA y el diagnóstico, la cognición y las variantes genéticas relacionadas con la EA. Los pacientes con EA mostraron cantidades significativamente más bajas del BA primario, el ácido cólico, y cantidades más elevadas del BA secundario producido bacteriológicamente, el ácido desoxicólico y sus formas conjugadas, la glicina y la taurina. La proporción de ácido desoxicólico y ácido cólico estaba fuertemente asociada con el deterioro cognitivo, lo que muestra un metabolismo comprometido del ácido cólico. Varias variantes de genes relacionados con la respuesta inmunitaria que se han implicado en la EA también se asociaron con perfiles de BA alterados. Con la ayuda de la metabolómica, este estudio sugiere que la disbiosis intestinal puede desempeñar un papel en la patología de la EA. Estos hallazgos exigen nuevas investigaciones sobre el potencial terapéutico de actuar sobre el microbioma intestinal y las vías de señalización de los ácidos biliares. Futuros estudios deberían explorar los mecanismos por los que las alteraciones microbianas y metabólicas influyen en la neurodegeneración, examinar la causalidad de estas asociaciones e investigar nuevas vías de tratamiento dirigidas a restablecer el equilibrio metabólico y microbiano en pacientes con EA.
Mahmoudian Dehkorki, S. et. al. Altered bile acid profile associates with cognitive impairment in Alzheimer's disease-An emerging role for gut microbiome Alzheimers Dement. 2019 Jan;15(1):76-92. PMID: 30337151
Aplicaciones de la metabolómica a la investigación del microbioma
- EDescubrimiento de biomarcadores
- EEstudios mecanísticos
- EPatología y fenotipos de la enfermedad
- ERespuesta a la terapia
- EEstudios de asociación
- EEstudios de intervención dietética
- ESalud fetal y materna
- ETransducción de señales
- EModulación terapéutica del microbioma
"La metabolómica basada en la espectrometría de masas es una de las tecnologías clave para detectar e identificar las pequeñas moléculas producidas por el microbioma humano y comprender el papel funcional de estos metabolitos microbianos."
Mass spectrometry-based metabolomics in microbiome investigations. Nat Rev Microbiol. 2022;20(3):143-160. doi:10.1038/s41579-021-00621-9
La composición del microbioma intestinal se asocia con el desarrollo futuro de la enfermedad de Crohn
La enfermedad de Crohn (EC) es un tipo de enfermedad inflamatoria intestinal caracterizada por una inflamación crónica y recidivante del intestino. Aunque se desconoce la causa exacta de la EC, las teorías actuales sugieren que factores microbianos o ambientales pueden desencadenar la inflamación intestinal en individuos genéticamente susceptibles. Esta inflamación puede provocar daños intestinales a largo plazo. Aunque actualmente se desconoce la causa de la enfermedad de Crohn (EC), cada vez son más los trabajos que sugieren que factores microbianos o ambientales inducen una inflamación intestinal crónica en individuos genéticamente susceptibles. La composición del microbioma intestinal está alterada en las personas con EC. Sin embargo, se desconoce si estos cambios están causados por la aparición de la enfermedad o son el resultado de la inflamación general y/o del tratamiento farmacológico.
Para identificar la composición del microbioma intestinal que precede a la aparición de la EC y comprobar hasta qué punto el microbioma puede predecir el riesgo de desarrollar EC, un grupo de investigación realizó una evaluación exhaustiva de los microbiomas intestinales de una gran cohorte de familiares de primer grado sanos de pacientes con EC. Los miembros de la cohorte acabaron desarrollando EC o permanecieron sanos. Este estudio comparó los microbiomas de los que desarrollaron EC con los que no. Se realizó la secuenciación del ARNr S16, el perfil metabolómico no dirigido y se analizaron biomarcadores de inflamación intestinal. A continuación, se aplicó un enfoque de aprendizaje automático a estos conjuntos de datos para derivar una puntuación de riesgo del microbioma.
Cuando se probó en una cohorte de validación, la puntuación de riesgo identificó a los individuos que desarrollaron EC hasta 5 años antes de la aparición de la enfermedad (AUC 0,67). Los cinco taxones bacterianos que más contribuyeron a la puntuación de riesgo del microbioma fueron Ruminococcus torques, Blautia, Colidextribacter, Roseburia y un grupo a nivel de género de Oscillospiraceae. El análisis de vías mostró que la puntuación de riesgo del microbioma se asociaba de forma más significativa con la vía reductora del acetil coenzima A y la biosíntesis de varios ácidos grasos y aminoácidos. En conjunto, este estudio demuestra que la composición del microbioma intestinal está asociada con la futura aparición de EC, y sugiere que el microbioma es un potencial contribuyente a la patogénesis de la EC. Comprender los biomarcadores asociados al riesgo de EC y su biología en relación con la patogénesis de la enfermedad será importante para desarrollar nuevas estrategias preventivas. La investigación futura deberá explorar la integración de las puntuaciones de riesgo basadas en el microbioma con otros biomarcadores, datos genéticos y factores del estilo de vida para mejorar la precisión predictiva. En última instancia, este trabajo allana el camino para posibles intervenciones tempranas, como modificaciones dietéticas o terapias dirigidas a la microbiota, para retrasar o incluso prevenir la aparición de la enfermedad de Crohn en poblaciones de riesgo.
Garay, J. et. al. Gut microbiome composition is associated with future onset of Crohn's disease in healthy first-degree relatives. Gastroenterology. 2023 sep;165(3):670-681. PMID: 37263307
Publicaciones y citas sobre el microbioma
Metabolon ha contribuido ampliamente a las publicaciones multiómicas.
Base de conocimientos multiómica
Profundice viendo nuestros estudios de casos y seminarios web. Obtenga más información sobre cómo Metabolon fomenta la investigación multiómica.
Póngase en contacto con nosotros
Hable con un experto
Solicite un presupuesto para nuestros servicios, obtenga más información sobre tipos de muestras y procedimientos de manipulación, solicite una carta de apoyo o envíe una pregunta sobre cómo la metabolómica puede hacer avanzar su investigación.
Sede social
617 Davis Drive, Suite 100
Morrisville, NC 27560
