Investigadores de la RWTH Aachen han establecido un nuevo estándar en el análisis del microbioma mediante metagenómica, una técnica que permite caracterizar los contenidos microbianos en nuestros tractos digestivos. Este avance es crucial para comprender mejor qué bacterias habitan en nuestros intestinos y cómo influyen en nuestra salud.
Un enfoque innovador para entender el microbioma
Los seres humanos albergan billones de microorganismos, principalmente en el intestino, que desempeñan roles fundamentales en diversos aspectos de la biología humana, desde la digestión hasta la inmunidad y la salud mental. Por ello, identificar qué microbios residen en nuestro organismo y cómo funcionan se ha convertido en un objetivo prioritario. Liderados por el Dr. Thomas Clavel, profesor de Microbiología Intestinal en Uniklinik RWTH Aachen, los investigadores han evaluado rigurosamente las capacidades y limitaciones del método de secuenciación metagenómica.
El estudio, realizado en colaboración con colegas de Viena (Austria) y Maastricht (Países Bajos), lleva por título Benchmarking of shotgun sequencing depth reveals the potential and limitations of shallow metagenomics and strain-level analysis, y ha sido publicado en la revista Nature Microbiology.
Análisis detallado del proceso de secuenciación
Los científicos suelen estudiar los microbiomas determinando las secuencias de ADN de los microbios presentes en una comunidad, lo que les permite conocer tanto las especies como los genes que poseen. El equipo de Clavel, junto con la primera autora Dra. Nicole Treichel, centró su investigación en un método conocido como secuenciación por disparo (shotgun sequencing). Este procedimiento implica fragmentar aleatoriamente las moléculas de ADN, secuenciarlas individualmente y luego reensamblarlas utilizando bioinformática.
A pesar de su uso extendido para estudiar comunidades bacterianas, este enfoque no había sido sometido a una evaluación exhaustiva utilizando conjuntos de datos de referencia con composiciones conocidas. Para abordar esta cuestión, el equipo construyó mezclas complejas de ADN bacteriano con distribuciones variadas y realizó secuenciaciones que permitieron determinar qué información se podía obtener según la profundidad de secuenciación.
Los hallazgos indican que es posible determinar la diversidad taxonómica incluso con profundidades de secuenciación relativamente bajas; sin embargo, reconstruir el material genético completo de cepas bacterianas individuales requiere profundidades diez veces mayores a las necesarias para identificar dicha diversidad. Además, este proceso puede generar artefactos.
Implicaciones prácticas y futuras investigaciones
La investigación también reveló las profundidades necesarias para caracterizar las funciones de los miembros del microbioma: se requiere una profundidad cinco veces mayor para identificar proteínas individuales comparado con describir procesos biológicos generales. La capacidad para comparar resultados entre diferentes laboratorios es esencial; aunque distintos protocolos y altos niveles de ADN contaminante pueden complicar los resultados, esto puede mitigarse aumentando la profundidad de secuenciación.
El Dr. Clavel subraya: “La diversidad entre cepas contribuye a diferencias funcionales en los microbiomas entre individuos. Existe un gran interés por reconstruir los genomas de miembros individuales del microbioma. Sin embargo, nuestros resultados indican que esta tarea es complicada incluso a altas profundidades de secuenciación; solo entre el 50% y el 80% de estas secuencias son correctas, dependiendo del enfoque bioinformático utilizado.”
Dicha investigación fue parte de dos proyectos financiados por la German Research Foundation (DFG): SFB1382 Gut-Lixer Axis y NFDI4Microbiota.
Preguntas sobre la noticia
¿Qué método han evaluado los científicos de RWTH Aachen para el análisis del microbioma?
Los científicos han evaluado el método de secuenciación metagenómica, en particular la secuenciación tipo shotgun, que permite caracterizar el contenido microbiano en nuestros tractos digestivos.
¿Cuál es la importancia de entender los microbios en nuestros intestinos?
Comprender qué microbios habitan en nuestros intestinos y cómo influyen en nuestra salud es crucial, ya que estos microorganismos afectan aspectos importantes de la biología humana, como la digestión, la inmunidad y incluso la salud mental.
¿Qué limitaciones encontraron respecto a la reconstrucción de genomas de cepas bacterianas individuales?
Los investigadores concluyeron que reconstruir los genomas ensamblados de metagenomas (MAGs) es complicado y requiere una profundidad de secuenciación diez veces mayor que la necesaria para determinar la diversidad taxonómica. Además, solo entre el 50% y el 80% de las secuencias reconstruidas son correctas, dependiendo del enfoque bioinformático utilizado.
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