Tras la pista de nuevos candidatos a fármacos
El potencial oculto en los genomas de las bacterias de las turberas
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Muchos de nuestros medicamentos más importantes —especialmente los antibióticos— tienen su origen en sustancias que las bacterias producen en la naturaleza. Las bacterias utilizan estas moléculas como armas bioquímicas contra sus competidores o para obtener nutrientes de su entorno. Un nuevo estudio revela la magnitud de este «kit de herramientas» microbiano en hábitats difíciles. El equipo de investigación reunió a científicos del Clúster de Excelencia «Balance of the Microverse» de la Universidad de Jena, la Universidad Heinrich Heine de Düsseldorf, la Universidad de Delaware y el Centro Alemán de Investigación Integrativa sobre Biodiversidad (iDiv) de Halle-Jena-Leipzig. Juntos, analizaron más detenidamente el material genético de las bacterias de las turberas.
Más de 8.000 secuencias genéticas inexploradas
Para su análisis, los investigadores examinaron muestras de turba procedentes de la turbera de Schlöppnerbrunnen, situada en la cordillera de Fichtelgebirge, en Baviera. Mediante secuenciación de alto rendimiento y metagenómica, analizaron el material genético de la comunidad microbiana local e identificaron casi 9 700 clústeres de genes biosintéticos —secciones de ADN que contienen instrucciones para producir compuestos biológicamente activos—.
Incluso después de que el equipo descartara los fragmentos genéticos incompletos, quedaron más de 8 000 clústeres genéticos fiables. Sorprendentemente, alrededor del 97 % no pudo asignarse a ninguna familia de clústeres genéticos conocida previamente en las bases de datos mundiales. Por lo tanto, representan un panorama bioquímico en gran parte inexplorado.
«Incluso una pequeña turbera alberga una asombrosa diversidad de planos para productos naturales. Muchos proceden de microorganismos que aún resultan difíciles de estudiar en el laboratorio», explica el autor principal, Zander Human, de la Universidad de Jena.
Tener un plano no significa utilizarlo
La presencia de un plano en el ADN de una bacteria no implica automáticamente que la sustancia correspondiente se produzca en la naturaleza. Por ello, el equipo fue un paso más allá y midió el ARN mensajero (ARNm) para evaluar qué genes se utilizaban activamente en la turbera.
Los resultados cuestionan las hipótesis existentes: solo entre el 9 % y el 27 % de los grupos de genes examinados estaban activos en su entorno natural. Algunos grupos bacterianos con un potencial genético especialmente amplio —que en ocasiones portaban más de 20 planos diferentes en sus genomas— permanecían en gran medida inactivos en la turbera.
En cambio, las bacterias conocidas como Acidobacteriota han sido las más activas. Aunque su repertorio genético era comparativamente modesto, representaban aproximadamente dos tercios de las señales medidas procedentes de genes de productos naturales. Los datos también revelaron un patrón claro: la actividad de estos genes en las Acidobacteriota era especialmente elevada junto con la actividad de los genes de las enzimas que descomponen la materia vegetal compleja. Por lo tanto, la biosíntesis de productos naturales en estas bacterias parece estar estrechamente relacionada con la forma en que obtienen nutrientes.
«El mero número de planos genéticos nos dice poco sobre lo que un microorganismo hace realmente en su hábitat. También necesitamos comprender las condiciones en las que activa estos genes», subraya el coautor, el Dr. Carl-Eric Wegner, de las universidades de Jena y Düsseldorf.
Comprender el equilibrio microbiano en las turberas
Los hallazgos concuerdan estrechamente con el enfoque de investigación del Clúster de Excelencia «Balance of the Microverse», que investiga cómo las comunidades microbianas interactúan y mantienen el equilibrio dentro de ecosistemas complejos.
«Las turberas son hábitats dinámicos con fuertes gradientes ambientales, por ejemplo, en los niveles de oxígeno y la disponibilidad de nutrientes. Nuestro estudio demuestra claramente que la biosíntesis de productos naturales no se produce de forma aislada, sino que está estrechamente integrada en el papel de los microorganismos en los ciclos biogeoquímicos de los sistemas complejos», explica la profesora Kirsten Küsel, coautora del estudio y portavoz del Clúster de Excelencia.
Una nueva perspectiva para la investigación farmacéutica
El estudio ofrece una perspectiva importante para la búsqueda de futuros medicamentos: no basta con buscar los genomas que contengan el mayor número de planos. Lo que importa es el contexto ecológico en el que los microorganismos utilizan realmente su conjunto de herramientas genéticas. Por ello, grupos que antes se pasaban por alto, como las Acidobacteriota, están despertando un interés creciente en la investigación de productos naturales.
Nuevas orientaciones para el descubrimiento de fármacos en el futuro
Los hallazgos tienen implicaciones de gran alcance para la biotecnología farmacéutica y la búsqueda específica de nuevos candidatos a fármacos. La investigación sobre productos naturales se ha centrado tradicionalmente en el cribado de genomas en grupos bacterianos bien conocidos, como las actinobacterias y las pseudomonas, que albergan amplias bibliotecas de genes biosintéticos.
Sin embargo, tal y como muestra el presente estudio, estos productores aparentemente dotados pueden permanecer en gran medida inactivos en su entorno natural. Esto sugiere un cambio de enfoque: para activar los grupos de genes inactivos en el laboratorio, los investigadores deben recrear señales ecológicas específicas de los hábitats naturales de los organismos —por ejemplo, suministrando fibras vegetales complejas o señales nutricionales concretas—.
También están pasando a primer plano grupos que antes se pasaban por alto y que son difíciles de cultivar en el laboratorio, como las Acidobacteriota. Estudiarlos de forma sistemática podría dar acceso a clases de moléculas totalmente nuevas, lo que podría ofrecer vías futuras para hacer frente a la resistencia a los antimicrobianos o a enfermedades inflamatorias graves.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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