Avances en Metagenómica Funcional y Investigación del Microbioma

Los microbiomas son grupos de pequeños seres vivos, como bacterias, hongos y virus, que viven en lugares como nuestros cuerpos y el suelo. Estos organismos diminutos juegan roles importantes en la salud y el ecosistema, y tienen un montón de rasgos genéticos diferentes. Sin embargo, la mayoría es difícil de cultivar en laboratorios, lo que hace complicado estudiarlos directamente. Por eso, los investigadores a menudo usan un método llamado metagenómica para analizar el ADN de estas comunidades.

#La Importancia de la Secuenciación de ADN

La secuenciación de ADN de alta velocidad permite a los científicos leer el material genético de los microbiomas. Esto ayuda a entender qué tipos de organismos hay en un microbioma en particular y qué podrían estar haciendo. A pesar de los avances en las técnicas de secuenciación, los investigadores todavía tienen problemas para identificar y comprender muchos genes nuevos encontrados en estos pequeños organismos. Un método propuesto para mejorar el descubrimiento de genes se llama metagenómica funcional, que no requiere cultivar bacterias en laboratorios.

#¿Qué es la Metagenómica Funcional?

La metagenómica funcional implica crear bibliotecas de fragmentos de ADN de microbiomas y poner estos fragmentos en organismos hospedadores. Esto permite que los genes se expresen, y los investigadores pueden buscar rasgos o funciones específicas de esos genes. El objetivo es encontrar nuevos genes que hagan cosas interesantes, como descomponer sustancias o proporcionar Resistencia a los antibióticos.

#Pasos para Crear una Biblioteca Metagenómica Funcional

1. Extraer ADN: Primero, los científicos extraen ADN del microbioma.
2. Fragmentar el ADN: El ADN se rompe en pedazos más pequeños.
3. Clonar el ADN: Estos pedazos se insertan en vectores, que pueden transportarlos a las células hospedadoras.
4. Transformar Células Hospedadoras: Las células hospedadoras toman los vectores que contienen los fragmentos de ADN.
5. Seleccionar Rasgos: Luego, los investigadores buscan rasgos específicos en las células hospedadoras que expresan los fragmentos de ADN.
6. Analizar Resultados: Recogen y analizan los fragmentos para identificar los genes de interés.

#Nuevo Método: METa Assembly

Recientemente, se desarrolló un nuevo proceso llamado METa assembly para crear bibliotecas Metagenómicas funcionales usando menos ADN del requerido anteriormente. Este método simplifica los pasos involucrados en la preparación de estas bibliotecas, lo que abrió la posibilidad de estudiar microbiomas que antes eran demasiado difíciles de analizar, como los de ambientes de baja Biomasa o muestras pequeñas.

#Preparando una Biblioteca de Insertos Pequeños

Con el método METa assembly, los investigadores pueden preparar bibliotecas usando cantidades muy pequeñas de ADN, incluso tan bajas como 50 ng. Esto significa que ahora pueden trabajar con muestras que no habrían sido viables antes. Los investigadores probaron este método en muestras de diferentes fuentes, incluyendo heces de animales y muestras ambientales, y encontraron que era efectivo para crear bibliotecas metagenómicas funcionales que eran grandes y ricas en información.

#Aplicaciones de la Metagenómica Funcional

La metagenómica funcional se puede aplicar en varios campos, incluyendo medicina, agricultura y ciencia ambiental. Por ejemplo, los investigadores pueden usarla para encontrar nuevos genes relacionados con la resistencia a los antibióticos o para descubrir nuevas enzimas que pueden descomponer contaminantes o mejorar la producción de alimentos. La capacidad de estudiar microbiomas de baja biomasa ofrece nuevas oportunidades para descubrir rasgos valiosos en la genética microbiana.

#Experimentos Exitosos con METa Assembly

En sus estudios, los investigadores demostraron la efectividad del método METa assembly al crear exitosamente bibliotecas metagenómicas funcionales a partir de muestras de bajo input. Extrajeron ADN de una muestra fecal y una muestra de un acuario, ambas con muy bajos niveles de ADN. Usando el método METa assembly, crearon bibliotecas funcionales que contenían genes interesantes relacionados con la resistencia a los antibióticos y otras funciones.

#Pruebas de Resistencia a Antibióticos

Como parte de sus experimentos, los investigadores buscaron bacterias que pudieran resistir antibióticos. Apuntaron a antibióticos específicos, como la tetraciclina, para ver si los genes que capturaron podrían proporcionar resistencia. Identificaron varias cepas de bacterias que mostraron una resistencia significativa, las cuales fueron secuenciadas para entender mejor su composición. Este trabajo destaca cómo la metagenómica funcional puede descubrir nuevos mecanismos de resistencia en las bacterias.

#Estudio del Metabolismo de Acarbosa

Otro estudio se centró en el microbioma intestinal humano y su capacidad para procesar un medicamento llamado acarbosa, que se usa para tratar la diabetes. Los investigadores querían ver si podían identificar genes involucrados en la modificación de la acarbosa. Usando sus bibliotecas desarrolladas, lograron aislar dos genes significativos que parecían jugar roles en el metabolismo de la acarbosa. Estos descubrimientos podrían llevar a nuevas ideas sobre cómo los microbiomas intestinales interactúan con los medicamentos.

#Resumen de Hallazgos

Los resultados de estos estudios muestran que la metagenómica funcional, especialmente con el nuevo método METa assembly, puede ser una herramienta poderosa para estudiar microbiomas. Permite a los investigadores trabajar con muestras de ADN más pequeñas mientras extraen altos niveles de información genética. Esto puede conducir a nuevos descubrimientos en varias áreas, desde la salud hasta la ciencia ambiental.

#Direcciones Futuras en la Investigación de Microbiomas

Dadas las limitaciones de los métodos actuales, los investigadores son optimistas sobre el potencial de la metagenómica funcional para llenar vacíos en nuestra comprensión de la genética microbiana. A medida que la capacidad de crear estas bibliotecas mejora, se espera que muchos más microorganismos valiosos sean estudiados. El correcto funcionamiento de los ecosistemas y la salud humana depende profundamente de una mejor comprensión de los microbiomas, lo que hace que esta área de investigación sea crucial para futuros avances científicos.

#Conclusión

En conclusión, los avances en la metagenómica funcional y el método METa assembly representan un progreso significativo en la investigación de microbiomas. Al permitir que los científicos trabajen con cantidades limitadas de ADN, este método abre nuevas avenidas para el descubrimiento. A medida que los investigadores continúan desvelando los secretos de los microbiomas, podemos esperar ver aplicaciones beneficiosas que pueden mejorar la salud, la agricultura y nuestra comprensión de los ecosistemas a nivel global.