El proyecto Metasub. Crédito: news.weill.cornell.edu
Ingeniería en Transporte, Big Data y Bioinformática: Descubriendo el Microbioma del Subterráneo de Moscú
26 de febrero de 2020 | Historia original de la Universidad ITMO.
Reunidos por un proyecto internacional, científicos de todo el mundo estudian bacterias en diversos espacios públicos, como los subterráneos o las calles. Recientemente, un grupo de investigadores de la Universidad ITMO investigó el microbioma del metro de Moscú utilizando el método ya aplicado en otras ciudades dentro del proyecto. La investigación fue publicada en Computational and Structural Biotechnology Journal. El periódico ITMO.News se puso en contacto con los científicos para preguntarles sobre el mundo bacteriano del sistema de subterráneos de la capital rusa y sus similitudes con el transporte público de Nueva York.
A lo largo de nuestras vidas, estamos constantemente rodeados de bacterias – aparte de las nuestras, las encontramos en el aire, el suelo, el agua e incluso en nuestros hogares. Algunos de estos microorganismos externos pueden ser perjudiciales para los seres humanos, mientras que otros juegan un papel vital en la regulación de nuestro sistema inmunológico.
Conforme la urbanización se apodera del mundo, la situación está cambiando: la gente sigue rodeada de bacterias, pero su diversidad ahora ha disminuido y estamos expuestos a ellas en menor medida. Por un lado, las ciudades tienen superficies lisas, que se limpian y desinfectan regularmente. Por otro lado, hay transporte público, hay escuelas, oficinas y fábricas, bibliotecas y gimnasios que sirven como plataforma para el intercambio bacteriano activo entre muchas personas diferentes. Hace varios años, un grupo internacional de investigadores se propuso explorar el microbioma del metro, los sistemas de transporte vitales de las ciudades modernas. Nueva York fue la primera en investigar su microbioma del metro.
“Los investigadores analizaron los pisos, los pasamanos y los coches, y encontraron un microbioma curiosamente variable”, explica Alexander Tyakht, un doctor en biología, director de tecnología de Knomics (Atlas I+D) y miembro del personal de ITMO University Computer Technologies Lab. “Más tarde se estableció un consorcio internacional para estudiar los microbiomas del subterráneo en todo el mundo. Este proyecto tiene como objetivo catalogar la diversidad y los patrones en su ecología microbiana, creando así una base para un análisis más centrado de los microorganismos que habitan los espacios públicos.”
Todo está en el método
Tradicionalmente, para estudiar el microbioma de una determinada superficie se necesitaría cultivar muestras de ella. En pocas palabras, usted tiene que tomar una muestra de hisopo del suelo, la pared o la barandilla y rayar un plato Petri con el hisopo. Allí, los microbios se reproducen, lo que hace que sean más fáciles de examinar.
Este método, sin embargo, tiene un inconveniente significativo: sin conocimiento previo de qué tipo de bacterias se recogieron es difícil elegir un medio adecuado para que florezcan –algunos microorganismos necesitan luz mientras que otros no, algunos no toleran el oxígeno del aire y otros la salinidad. Además, muchos microorganismos son prácticamente incultivables. Como resultado, algunas de las bacterias recolectadas no se reproducirán en una placa de petri, y los investigadores no tendrían forma de establecer su presencia en la superficie muestreada.
“Sin embargo, si se usa la secuenciación de ADN de alto rendimiento, se puede detectar una mayor diversidad de bacterias de la muestra, incluso si no podemos cultivarlas en el laboratorio”, continúa Alexander. “Ciertamente, el método no está libre de limitaciones. Por ejemplo, no indica el número absoluto de bacterias en la superficie ni cuáles de ellas son viables. Pero todavía podemos evaluar su diversidad total e identificar exactamente, a veces hasta el nivel de las especies, qué tipo de bacterias se incluyen en la comunidad. Un método similar fue utilizado en el estudio del metro de Nueva York.”
Los habitantes del subterráneo de Moscú
El mismo método fue utilizado por los investigadores rusos para escrudiñar el microbioma del subterráneo de Moscú. Alexander Tyakht, junto con Natalya Klimenko, bioinformática de Knomics (Atlas I&D), y Dmitry Alexeev, miembro del personal del Laboratorio de Tecnologías Informáticas de la Universidad ITMO, han analizado muestras de pasamanos, suelos y otras superficies utilizando secuenciación de microbioma. Los datos fueron analizados con el sistema Knomiks-biota y están disponibles en línea.
“La mayoría de los microorganismos que encontramos caen en dos categorías distintas: son bacterias de la piel humana (observadas anteriormente en la piel) o bacterias del suelo (que se encuentran en el suelo y en las plantas)”, explica Natalya Klimenko. “La mayoría de las superficies tenían una mezcla de estos dos grupos. Sólo los estands de información tenían mayores proporciones de bacterias de la piel. Observamos que había combinaciones estables coexistentes de bacterias de la piel y del suelo. Posiblemente, hay ciertas interacciones ecológicas emergentes entre estas bacterias que pueden ser relevantes para la salud humana. Por supuesto, no podemos afirmar que hay una cierta simbiosis basada en nuestro proyecto por sí sola, pero ahora hemos priorizado una lista de bacterias para ser analizadas con métodos más avanzados".
Después de comparar sus resultados con los obtenidos por los investigadores estadounidenses, el grupo ruso descubrió que los tipos más comunes de bacterias en los metros de Moscú y Nueva York son similares.
“La mayoría de los Dietzia, Brevundimonas, Pseudomonas, Arsenicicoccus, Stenotrophomonas y Brevundimonas -muy abundantes en el metro de Moscú- también habían sido detectadas en el proyecto anterior de Nueva York” dijo Natalya Klimenko, bioinformática de Knomics (Atlas I+D). “Aparentemente, las estructuras comunitarias microbianas del subterráneo manifiestan patrones similares en todo el mundo”.
Otro resultado interesante fue el vínculo identificado entre la diversidad del microbioma y el tráfico de pasajeros a través de las estaciones. Así, la mayor diversidad se encontró en lugares con abundantes bacterias del suelo, mientras que la prevalencia del microbioma de la piel correspondió a menor diversidad. Este patrón coincide con el hecho de que, en la naturaleza, el microbioma del suelo es más rico que el de nuestros cuerpos.
Cabe destacar que los investigadores no encontraron evidencias significativas de bacterias patógenas: no se detectaron de forma fiable secuencias de ADN para ninguno de los diez patógenos que podrían ser detectados de forma robusta dado el método aplicado. Sin embargo, los investigadores subrayan que este hallazgo no significa que ahora pueda dejar de lavarse las manos después de un viaje en metro: sólo se han analizado un puñado de muestras, y el método analítico no puede detectar todas las bacterias patógenas conocidas, virus, hongos o protozoos.
Residuos Bacterianos
Según los investigadores, el estudio actual del subterráneo de Moscú es sólo un proyecto piloto destinado a demostrar cómo la secuenciación de ADN se puede utilizar para estudiar el microbioma de los lugares públicos. Cientos de muestras de cada estación y cada superficie posible deben ser analizadas para un mapeo más global de la diversidad biológica del metro. Si bien un proyecto de este tipo es demasiado caro ahora, puede ser llevado adelante en el futuro.
“Este muestreo denso permitirá crear un mapa espaciotemporal detallado del microbioma del sistema de transporte público”, dijo Alexander Tyakht. “En esta perspectiva, mediante el análisis de estos Big Data, será posible extraer la información sobre el flujo humano alrededor de la ciudad y los patrones de su interacción con el medio ambiente. Este mapa sería aún más exacto si pudiéramos observar la dinámica temporal de la composición del microbioma a lo largo del tiempo. Para el proyecto actual, recogimos todas nuestras muestras en un día, pero podría haber ondas bacterianas cambiando con la hora del día, como por ejemplo las horas pico. Por último, está la famosa estación de Ploshchad Revolyutsii con sus estatuas pulidas a mano. Todo el mundo frota allí la nariz del perro del patrullero para la buena suerte. Sería interesante ver cómo el microbioma de esta estatua cambia con el tiempo, todos los días, en invierno, primavera o cuando los estudiantes están a punto de rendir sus exámenes”.
Este artículo ha sido republicado a partir de los siguientes materiales y editado para adecuar su longitud y contenido. Para obtener más información, ver la fuente citada.
Referencia: Co-occurrence patterns of bacteria within microbiome of Moscow subway. Natalia S. Klimenko et al. Computational and Structural Biotechnology Journal. Volume 18, 2020, Pages 314-322, https://doi.org/10.1016/j.csbj.2020.01.007.
