Compartimos nuestro espacio corporal con un trillón de microorganismos entre bacterias, virus, hongos y parásitos, llamado microbioma. Se estima que el microbioma alberga más de 1 millón de genes contra los aproximadamente 28.000 que alberga el genoma humano.

El microbioma lleva a cabo funciones vitales para el organismo humano que lo hospeda en una íntima relación. El microbioma humano y en particular el intestinal, es una pieza clave en nuestro funcionamiento fisiológico, nos evita malestares, desórdenes metabólicos y nos protege de enfermedades.

El equilibrio entre los microorganismos que nos habitan, impacta en nuestro rendimiento físico, en nuestra energía, en nuestras emociones.

Los desórdenes asociados a la microbiota se describen cada vez con mayor profundidad y detalle en la bibliografía: desde inflamaciones intestinales, problemas inmunológicos, enfermedades metabólicas hasta desórdenes psiquiátricos. De esta forma, la información diagnóstica a través de conocer el microbioma permite un mejor manejo terapéutico del paciente.

Luego de la concreción del proyecto Genoma Humano, el interés de secuenciar nuestro “segundo Genoma” fue creciendo, un genoma compuesto por cientos de millones de microbios que habitan el cuerpo humano.
El Proyecto Microbioma Humano (HMP-NIH) reunió más de 80 instituciones y coleccionó 300 individuos sanos para tomar muestras de 5 partes principales del cuerpo y 18 sub muestras. El proyecto insumió más de 175 millones de dólares y produjo el grupo de datos sobre ácido desoxirribonucleico (ADN) más completo hasta el momento compuesto por más de 4 terabytes de información sobre el microbioma.
Los datos provenientes de individuos sanos constituyen una excelente referencia para estudios de patologías asociadas a desórdenes del microbioma. La geografía, etnia, factores genéticos y estilo de vida cumplen un rol preponderante sobre la diversidad del microbiana humana. De esta forma, no existe una sola referencia de microbioma sino múltiples dependiendo de diversos factores locales, aunque un núcleo central se comparte siempre entre todos.


Proyecto Microbioma Humano Argentino (MHA)

Héritas desarrolló la primera referencia del Microbioma Humano Argentino con el objetivo de aplicar el conocimiento a medicina traslacional.

El MHA se realizó en dos etapas. Una primera etapa piloto que permitió responder las primeras preguntas esenciales y una segunda etapa que generó un mapa del microbioma mucho más detallado.

En la etapa piloto, se analizaron muestras de 5 sitios del cuerpo (respiratorio superior, bucofaríngeo, piel, gastrointestinal y vagina) de 20 individuos sanos reclutados en la ciudad de Rosario, tomando un total de 9 sub muestras del cuerpo. Las muestras se colectaron en triplicados independientes. Esta etapa incluyó un total de 1140 muestras de análisis.
Para el análisis, a partir de cada muestra se extrajo el ADN metagenómico para realizar el análisis del microbioma intestinal. El mismo se llevó a cabo mediante la secuenciación de las regiones variables V3-V4 del gen procariota ARN ribosomal 16S (ARNr 16S) utilizando la tecnología MiSeq (Illumina), seguido de un análisis bioinformático que permitió identificar y clasificar filogenéticamente las poblaciones microbianas diversas, para determinar la composición del microbioma estudiado.

El procedimiento de selección de individuos, colección y procesado de muestras, secuenciación y análisis siguió los lineamientos y guías de buenas prácticas del Proyecto Microbioma Humano internacional. De esta forma, se generaron datos comparables con el de otras poblaciones que han seguido los mismos estándares de trabajo.


Resultados de la Etapa Piloto

Al comparar sitio por sitio las muestras del MHA y del HMP dimos respuesta a la pregunta primaria de la etapa piloto: ¿Es necesario contar con una referencia de Microbioma Humano local para estudiar desórdenes o se puede utilizar la referencia global del HMP? Nuestros resultados indicaron que es relevante contar con la referencia local de microbioma para analizar desórdenes. En el estudio se observaron diferencias en las proporciones de algunas familias de microorganismos para cada sitio del cuerpo que podrían ser la causa de los desórdenes.

La segunda etapa del MHA comenzó en 2015 y se focalizó únicamente en el estudio del microbioma intestinal, siguiendo los mismos lineamientos y diseños experimentales de la etapa piloto, en hasta 200 individuos sanos de cuatro conglomerados urbanos de Argentina: Rosario, Rafaela, Venado Tuerto y Paraná, constituyéndose en un proyecto de gran escala.

Base de Datos MicroXplora Control

Los resultados permitieron generar la Primera Base de Datos de Microbioma Gastrointestinal Humano Argentino (denominada MicroXplora Control) que nos permite contar con información local y precisa para poder compararla con la composición del microbioma gastrointestinal de interés.

Nota:
Los resultados han sido abiertos a la comunidad para estimular su uso en investigación traslacional.

Accedé a la publicación
Frontiers in Microbiology http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fmicb.2016.00051/full

Human Microbiota of the Argentine Population- A pilot study
B Carbonetto1, M. Fabbro1, M Sciara2, A Seravalle2, G Mejico2, S Revale1, S Romero1, B Brun1, M Fay2, F Fay2 and M Vazquez1 – 1Genomics and Bioinformatics, INDEAR- CONICET, Argentina; 2CIBIC, Argentina

El set de datos se encuentra disponible en la base de datos del NCBI bajo el número de acceso de BioProject PRJNA293521

Conocé como desarrollamos nuestra base datos control: Mirá el video completo del Seminario Virtual “Microbioma en Argentina”, dictado por Martín Vázquez – director científico y co-fundador de Héritas.

Héritas Microbioma Humano es un estudio diseñado para conocer el balance de microorganismos presente en el intestino del paciente. Si exiten desequilibrios, estos podrían afectar el funcionamiento del organismo como un todo.

Mediante secuenciación de 16S rRNA (RNA ribosomal 16S) MicroXplora Standard determina la diversidad, filogenia y familia de microorganismos presentes, la relación Firmicutes/Baceroidetes, comparándola con la base de datos argentina (cluster argentino) a través de complejos análisis bioinformáticos.
El estudio se realiza sobre una muestra de materia fecal y el tiempo de demora de resultados es de 20 días.

MicroXplora Plus incorpora a los parámetros anteriores la especificación de especies microbianas.

El estudio se realiza sobre una muestra de materia fecal y el tiempo de demora de resultados es de 30 a 45 días.

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Comunidad microbiana del intestino humano

La comunidad microbiana del intestino humano, microbioma, tiene un papel central en funciones que sustentan la salud y fortalecen el sistema inmune. El microbioma es extremadamente diverso y supera en número ampliamente a la células y genes del genoma humano brindándole una cantidad de funciones centrales para un funcionamiento normal del organismo. En consecuencia, alteraciones o inestabilidades del microbioma que impacten en su biodiversidad, alteran también el normal funcionamiento del cuerpo humano. Una de esas alteraciones son los desórdenes intestinales como el síndrome de colon irritable, colitis ulcerosa, enfermedad de Crohn, entre otras.

Héritas está desarrollando un ensayo de biomarcadores de microbioma que puedan diagnosticar o pronosticar dichas enfermedades, con el objetivo de establecer con esa información más precisa que tipo de tratamiento se podría utilizar para normalizar el microbioma intestinal y restablecer el funcionamiento natural.

Notablemente el intestino, que se compone con más de 500 millones de neuronas, tiene una gran capacidad de comunicación bidireccional con el cerebro a través del nervio vago. El intestino es responsable de producir el 90% de la serotonina del cuerpo, el 50% de la dopamina y produce otros 40 neurotransmisores adicionales. Muchas bacterias son responsables del control de producción de los niveles de esos neurotransmisores. En consecuencia, alteraciones o inestabilidades del microbioma que impacten en su biodiversidad se han correlacionado con desórdenes neuropsicológicos como ansiedad, depresión y desórdenes del espectro autista.

Héritas está desarrollando un ensayo de biomarcadores de microbioma que puedan diagnosticar o pronosticar dichas enfermedades, con el objetivo de establecer con esa información más precisa qué tipo de tratamiento se podría utilizar para normalizar el microbioma intestinal y disminuir o eliminar su impacto sobre desórdenes neuropsicológicos.

Luego de la concreción del proyecto Genoma Humano, el interés fue creciendo en secuenciar nuestro “segundo Genoma”, un genoma compuesto por cientos de millones de microbios que habitan el cuerpo humano. Este microbioma lleva a cabo funciones vitales para el organismo humano que lo hospeda en una íntima relación. Se estima que el microbioma alberga más de 1 millón de genes contra los aproximadamente 28.000 que alberga el genoma humano.

De esta forma, se sospechó primero y se observó después, a través de numerosos estudios, que desórdenes en el microbioma podían acarrear patologías humanas.

El Proyecto Microbioma Humano (HMP) reunió más de 80 instituciones y coleccionó 300 individuos sanos para tomar muestras de 5 partes principales del cuerpo y 18 submuestras. El proyecto insumió más de 175 millones de USD y produjo el dataset más grande de ADN hasta el momento compuesto por más de 4 Tb de información de ADN del microbioma.

Los datos de la cohorte de individuos sanos constituyen una excelente referencia para estudios de patologías asociadas a desórdenes del microbioma.

Un punto muy importante que surge del análisis de las poblaciones de individuos sanos al comparar por geografía, etnia y fondos genéticos diversos es que dichos factores tienen un rol preponderante sobre el microbioma humano. De esta forma, no existe una sola referencia de microbioma sino múltiples dependiendo de diversos factores locales, aunque un núcleo central se comparte siempre entre todos.

En este sentido, surge como una necesidad establecer la referencia de microbioma de población local de individuos sanos como punto de partida para el análisis de desórdenes asociados.

El MHA se realiza en dos etapas. Una primera etapa piloto que permitirá responder preguntas esenciales y una segunda etapa para completar un mapa más detallado.

La primera etapa se ha concluido con el análisis de 20 individuos sanos reclutados en la ciudad de Rosario, tomando muestras de 5 sitios del cuerpo principales (Respiratorio superior, bucofaringeo, piel, gastrointestinal y vagina) para un total de 9 submuestras del cuerpo. Las muestras se colectaron en triplicados independientes. Esta etapa constituye un total de 1140 muestras de análisis (Figura 1).

En todo el procedimiento de selección de individuos, colección y procesado de muestras, secuenciación y análisis se siguieron los lineamientos y guías de buenas prácticas del Proyecto Microbioma Humano internacional. De esta forma, se generan set de datos que pueden ser comparados con el de otras poblaciones que han seguido los mismos estándares de trabajo. La primera etapa ha sido financiada en parte por un subsidio de FONTAR ANR I+D de la Agencia de Promoción Científica y Tecnológica y se convertirá en un dataset de acceso público, que podrá ser aprovechado por todos aquellos investigadores que deseen utilizarlo como punto de partida.

La segunda etapa comenzó a mediados del 2015 y sigue los mismos lineamientos y diseños experimentales de la etapa 1 piloto, con la salvedad que se reclutaron hasta 200 individuos sanos de 4 ciudades grandes de Argentina: Rosario, Rafaela, Venado Tuerto y Paraná, constituyéndose en un proyecto de gran escala.

Usando el secuenciador masivo de ADN 454 GS-FLX+ se secuenciaron dos regiones variables del marcador microbiano de ARN ribosomal 16s, conocidas como V1-V3 y V3-V5.

Para esta etapa del proyecto se generaron 720.369 secuencias de ADN en total, con un promedio de 118.532 secuencias por sitio del cuerpo muestreado.

Hemos observado una correlación entre las muestras del MHA y las HMP, que a su vez diferencian microbiomas claramente según el sitio del cuerpo muestreado (Figura 2). Este resultado nos permitió constatar las buenas prácticas y estándares utilizados durante el proceso.

Luego comparando sitio por sitio las muestras del MHA y del HMP pudimos responder la pregunta primaria de la etapa piloto: ¿Es necesario contar con una referencia de Microbioma Humano local para estudiar desórdenes o se puede utilizar la referencia global del HMP?

La respuesta de nuestros resultados indican que es necesario generar la referencia local para analizar desórdenes. Esto se debe a que observamos diferencias locales en las proporciones de algunas familias de microorganismos para cada sitio del cuerpo. En base a que en los desórdenes se producen cambios en las proporciones de las familias más que aparición o desaparición de las mismas resulta central contar con la información de dichas proporciones en individuos sanos de la población local (ver Figuras 3 a 8)

Como ejemplo podemos comentar que en el microbioma intestinal del MHA etapa piloto hay una menor proporción de Bacteroidaceae y una mayor proporción de Prevotellaceae comparado con el HMP, pero sin cambiar las proporciones entre ambas familias (Figura 3). Por lo tanto el microbioma intestinal de MHA se ajusta al descripto enterotipo 1 (Arumugam et al, Nature 473, 174-180, 2011), aunque con variaciones en las medias de ambas familias de microbios. Este resulta un dato muy importante a tener en cuenta ya que justamente una serie de desórdenes intestinales tienen relación con las proporciones encontradas de Bacteroidaceae y Prevotellaceae.

También es importante destacar que el MHA presentó una mayor proporción de Streptococcaceae que el HMP en Garganta (Figura 4)  y en mucosa bucal, llegando a ocupar en este último sitio casi un 70% del microbioma (Figura 8).

Resulta también interesante destacar la comparación de los sitios bucofaringeo-respiratorio superior dentro la población MHA (Figura 9), donde se puede observar como la proporción de Streptococcaceae va disminuyendo desde mucosa bucal a fosas nasales. Asimismo, Staphylococcaceae presente en alta proporción en fosas nasales prácticamente no se encuentra en la zona bucofaringea de individuos sanos.


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