Los investigadores han desarrollado una «pinza inteligente» que es capaz de extraer una cepa bacteriana particular de un microbioma de billones y secuenciar su genoma de una manera más rentable y eficaz en recursos que lo que permiten los métodos actuales. Esta herramienta versátil podría permitir la investigación precisa del microbioma y avances en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.
La secuenciación de genomas bacterianos ha mejorado significativamente nuestra comprensión de la biología de muchos patógenos bacterianos y ha identificado nuevos objetivos antibióticos. Cuando se trata de microbiomas, los investigadores a menudo quieren estudiar un tipo de bacteria, no todas. El problema es que una bacteria específica es sólo una parte de un entorno complejo que incluye otras bacterias, virus, hongos y células huésped, cada uno con su propio ADN igualmente complejo.
Actualmente, los científicos necesitan aislar cepas bacterianas particulares de una muestra determinada utilizando un medio de cultivo que haga crecer selectivamente esa cepa. Es un proceso que requiere tiempo y recursos y que no funciona para todas las bacterias. Sin embargo, investigadores de la Escuela de Medicina Icahn de Mount Sinai (EE.UU.) han desvelado un método innovador, mEnrich-seq, diseñado para mejorar sustancialmente la investigación del microbioma.
«Imagínese que es un científico que necesita estudiar un tipo particular de bacteria en un entorno complejo», dijo Gang Fang, autor correspondiente del estudio. “Es como intentar encontrar una aguja en un pajar; mEnrich-seq esencialmente les da a los investigadores una ‘pinza inteligente’ para tomar la aguja que les interesa”.
Al desarrollar mEnrich-seq, los investigadores pretendieron diferenciar las bacterias entre sí antes de secuenciarlas para enriquecer las bacterias de interés y agotar el ADN de fondo. Para hacer esto, la herramienta explota los motivos de metilación del ADN bacteriano que ocurren naturalmente, los «códigos secretos» escritos en el ADN bacteriano que utilizan para diferenciarse como parte de sus sistemas inmunológicos nativos. De hecho, en el nombre «mEnrich-seq», la ‘m’ significa metilación y ‘seq’ secuenciación.
Una vez extraídas con la «pinza inteligente», los investigadores pueden ensamblar el genoma o genomas de la bacteria objetivo, lo que permite estudiarla con mayor precisión. Los investigadores demostraron las capacidades de mEnrich-seq usándolo en muestras de orina de tres pacientes con infecciones del tracto urinario (ITU) para reconstruir E. coli genomas. Descubrieron que la herramienta cubría más del 99,97% de los genomas de las tres muestras, lo que permitió un análisis exhaustivo de los genes resistentes a los antibióticos en cada genoma. mEnrich-seq facilitó el estudio sin cultivo de E. coli genomas del microbioma de la orina con mejor sensibilidad (menor abundancia relativa de bacterias) que los métodos estándar.
Luego dirigieron su atención a Akkermansia muciniphila, una bacteria que coloniza el tracto intestinal y está relacionada con enfermedades como la obesidad y la diabetes tipo 2. También se sabe que es difícil aislarlo de muestras fecales. Sin embargo, utilizando mEnrich-seq, los investigadores pudieron hacerlo, cubriendo más del 99,7% de A. muciniphila genomas de tres muestras.
Los investigadores dicen que mEnrich-seq abre nuevos horizontes en diversas áreas de investigación al ofrecer un enfoque más económico para la investigación del microbioma, lo cual es particularmente beneficioso en estudios a gran escala con recursos limitados. Dicen que puede centrarse en una amplia gama de bacterias, lo que la convierte en una herramienta versátil para investigación y aplicaciones clínicas. Y al permitir una investigación de microbiomas más específica, mEnrich-seq podría acelerar el desarrollo de nuevas herramientas de diagnóstico y tratamientos.
«Uno de los aspectos más interesantes de mEnrich-seq es su potencial para descubrir detalles que antes se habían pasado por alto, como genes de resistencia a los antibióticos que los métodos de secuenciación tradicionales no pudieron detectar debido a una falta de sensibilidad», dijo Fang. «Esto podría ser un importante paso adelante en la lucha contra el problema mundial de la resistencia a los antibióticos».
Los investigadores planean perfeccionar la herramienta para mejorar aún más su eficiencia y ampliar su gama de aplicaciones.
«Prevemos a mEnrich-seq como una herramienta sensible y versátil en el futuro de los estudios de microbiomas y las aplicaciones clínicas», dijo Fang.
El estudio fue publicado en la revista Métodos de la naturaleza.
Fuente: Escuela de Medicina Icahn en Monte Sinaí a través de Eurek¡Alerta!