Ningún organismo de la Tierra es estéril. Todos los sistemas vivos, desde el suelo y las plantas hasta el agua y los seres humanos, están repletos de bacterias, hongos, microalgas y otras formas de vida microscópicas. Juntos, forman ecosistemas complejos conocidos como “microbiomas”.
Gracias a los avances en la secuenciación del ADN y en la informática, los científicos disponen ahora de un impresionante y cada vez más amplio catálogo de especies microbianas presentes en todos estos entornos.
Su importancia para la vida ya está clara. Lo que se conoce menos es cómo interactúan entre sí y qué ocurre cuando cambia la composición del microbioma, es decir, cuando se elimina una especie o se introduce una nueva.
Esa laguna de conocimiento es importante, ya que comprender y gestionar los microbiomas podría contribuir a una agricultura más sostenible, a ecosistemas más saludables y a una mejor salud humana.
Para Tanja Kostic, microbióloga del Instituto Austriaco de Tecnología (AIT), comprender estas comunidades ocultas es una de las próximas grandes fronteras de la biología. “El microbioma desempeña funciones esenciales en todos los ecosistemas”, afirma. “La mayor parte del oxígeno que respiramos lo producen los microbiomas de los océanos. Los microbios del suelo ayudan a las plantas a obtener nutrientes. En nuestro propio organismo, los microbios intestinales producen vitaminas que no podemos sintetizar por nosotros mismos”, añade.
Kostic dirige un proyecto de investigación financiado con fondos europeos denominado MICROBE, que se desarrolla entre 2023 y 2027. Un grupo de socios de Alemania, Francia, Austria y el Reino Unido está desarrollando los métodos necesarios para conservar, comparar y estudiar microbiomas completos.
Preservar las comunidades vivas
A lo largo de la última década, los científicos han catalogado miles de microorganismos desconocidos anteriormente. Pero eso es solo la mitad del reto.
La secuenciación del ADN puede revelar qué organismos están presentes, pero no permite comprender plenamente cómo interactúan entre sí ni cómo funcionan las comunidades microbianas en su conjunto. Para responder a estas preguntas, los investigadores deben preservar intactos los microbiomas vivos.
Esto es importante porque los microbiomas cambian rápidamente. La agricultura intensiva, la contaminación, el cambio climático y las transformaciones en los hábitos alimenticios pueden alterar estos delicados ecosistemas microbianos, con posibles repercusiones en la fertilidad del suelo o la salud humana.
La conservación de la diversidad microbiana también contribuye a la Estrategia de la UE sobre la Biodiversidad para 2030, cuyo objetivo es frenar la pérdida de biodiversidad y restaurar los ecosistemas degradados. “Si logramos conservar estas comunidades tal y como existen en la naturaleza, estaremos en una posición mucho más sólida para comprender cómo funcionan y cómo podemos utilizarlas de forma responsable”, dice Kostic.
Los investigadores esperan preservar los microbiomas e identificar los organismos responsables de funciones clave y, con el tiempo, recrear comunidades microbianas simplificadas que conserven esas propiedades esenciales y, al mismo tiempo, resulten más fáciles de estudiar.
Más allá de un solo microbio
Durante décadas, los microbiólogos se han dedicado principalmente a recolectar y conservar especies microbianas concretas. Matthew Ryan, responsable mundial de microbiología en CABI, una organización sin ánimo de lucro especializada en investigación agrícola y medioambiental, considera que ese enfoque ya no refleja la realidad biológica.
“Los microorganismos no viven aislados”, cuenta. Son comunidades complejas cuyos miembros interactúan constantemente entre sí. “La idea es ir más allá del modelo de organismo único y desarrollar métodos para preservar comunidades microbianas enteras”, añade.
La conservación de todo el microbioma del suelo, por ejemplo, podría mantener una parte mucho mayor de su potencial biológico que la preservación de un puñado de especies aisladas. Pero estas comunidades son mucho más difíciles de recopilar, almacenar y estudiar.
Para abordar esta cuestión, los investigadores están normalizando los métodos de recolección, conservación y análisis de los microbiomas, además de establecer enfoques comunes para compartir los datos que generan. El objetivo es garantizar que las muestras de microbioma recogidas en diferentes laboratorios o países puedan compararse de manera fiable.
Kostic y Ryan participaron en una iniciativa de investigación anterior financiada con fondos europeos (MicrobiomeSupport), que ayudó a identificar muchos de los retos científicos y regulatorios que se están abordando en la actualidad.
“Nuestra visión es armonizar los métodos de recolección y conservación de los microbiomas, de modo que los investigadores de todo el mundo trabajen con muestras comparables”, asegura Kostic, y añade: “En la actualidad, las muestras suelen almacenarse en condiciones diferentes, lo que puede alterar la comunidad microbiana con el paso del tiempo y dificultar la reproducibilidad de los resultados”.
En lugar de crear una red de bancos de microbiomas completamente nueva, los investigadores están desarrollando métodos que puedan adoptar los biobancos y las colecciones de cultivos europeos ya existentes, lo que permitirá que las colecciones de microbiomas pasen a formar parte de la infraestructura de investigación biológica europea en su conjunto. “No queremos establecer una infraestructura completamente nueva de biobancos. Queremos desarrollar nuevos métodos y tecnologías para aprovechar la infraestructura ya existente”, señala Kostic.
Suelos más sanos, personas más sanas
La investigación de MICROBE también podría apoyar esfuerzos europeos más amplios para restaurar la salud del suelo en el marco de la Estrategia de la UE para la Protección del Suelo para 2030, que reconoce que unos suelos sanos son esenciales para la seguridad alimentaria, la biodiversidad y la resiliencia frente al cambio climático.
Los suelos saludables contienen microbiomas extraordinariamente ricos que influyen en el crecimiento de los cultivos, el ciclo de los nutrientes y la resistencia a las plagas y las enfermedades. Si bien ya existen fertilizantes microbianos y plaguicidas biológicos, su eficacia suele variar porque cada microbioma del suelo es diferente.
En lugar de aplicar el mismo producto en todas partes, los futuros agricultores podrían analizar la comunidad microbiana que habita en torno a las raíces de un cultivo para, a continuación, recibir recomendaciones personalizadas con el fin de recuperar la salud del suelo.
En la medicina se está produciendo un cambio similar.
En lugar de tratamientos universales, los investigadores están empezando a explorar enfoques dirigidos a grupos de personas con características similares en su microbioma. Se espera que una mejor comprensión de la influencia de los microbios intestinales en la nutrición, la inmunidad y las enfermedades permita desarrollar intervenciones más personalizadas, desde la dieta hasta la medicación.
Mediante la conservación sistemática de los microbiomas y su vinculación con datos de alta calidad, los investigadores esperan comprender no solo qué microbios están presentes, sino también qué funciones desempeñan en conjunto.
Sentar las bases
El aprovechamiento de los microbiomas requiere controles de seguridad rigurosos. La introducción de microbios en los suelos, los cultivos o los pacientes podría perturbar las comunidades microbianas existentes si no se hace de manera responsable.
Por lo tanto, los investigadores están trabajando junto con expertos en bioseguridad, ética y regulación para contribuir a garantizar que las futuras aplicaciones del microbioma sean seguras y aceptables para la sociedad. Otra cuestión ética que está considerando el equipo de MICROBE es la apropiación. ¿Quién tiene derecho a reclamar la propiedad de un microbioma, sobre todo si resulta ser muy eficaz y tiene un gran valor comercial?
Los fondos europeos están desempeñando un papel crucial en la investigación sobre el microbioma, sobre todo ahora que la financiación nacional se está reduciendo y la competencia a escala europea se intensifica. Ampliar la colaboración más allá de las fronteras europeas será importante para el futuro de esta investigación. Además, contribuye a la ambición más amplia de Europa de reforzar su liderazgo en biotecnología y ciencias de la vida mediante una infraestructura de investigación de primer orden y la colaboración internacional.
En lugar de desarrollar una única tecnología nueva, los investigadores están creando las normas y la infraestructura que podrían servir de base para la investigación sobre el microbioma en toda Europa en el futuro. Tal y como comenta Kostic, la motivación para colaborar es sencilla: todos necesitamos comer, por lo que los alimentos deben producirse de forma sostenible y eficaz, y todos queremos gozar de una mejor salud.
Este artículo se publicó originalmente en Horizon, la revista de investigación e innovación de la UE.
La investigación que se presenta en este artículo ha sido financiada por el programa Horizon de la UE.
