Los genes móviles de la madre dan forma al microbioma del bebé

Una madre le da todo a su bebé: amor, abrazos, besos... y un gran ejército de bacterias.

Estas células simples, que viajan de madre a bebé al nacer y en los meses de contacto íntimo que siguen, forman las primeras semillas del microbioma del niño: la comunidad en evolución de microorganismos simbióticos vinculados al funcionamiento saludable del cuerpo. Investigadores del Instituto Broad del Instituto Tecnológico de Massachusetts y la Universidad de Harvard realizaron recientemente la primera encuesta a gran escala sobre cómo coevolucionan los microbiomas de una madre y su bebé durante el primer año de vida. Su nuevo estudio, publicado en Celular en diciembre descubrió que estas contribuciones maternas no se limitan a células completas. Pequeños fragmentos de ADN llamados elementos genéticos móviles saltan de la bacteria de la madre a la bacteria del bebé, incluso meses después del nacimiento.

Esta forma de transferencia, que nunca antes se había visto en el cultivo del microbioma de un bebé, podría desempeñar un papel crucial en la promoción del crecimiento y el desarrollo. Comprender cómo evoluciona el microbioma de un niño podría explicar por qué algunos niños están más predispuestos a ciertas enfermedades que otras, dijo Victoria Carr, un bioinformático principal del Instituto Wellcome Sanger que no formó parte del estudio.

“Es una gran pregunta: ¿Cómo obtenemos nuestros microbios?” dicho Nicola Segata, profesor de la Universidad de Trento en Italia que tampoco formó parte del estudio.

Nuestros cuerpos albergan tantas células bacterianas como células humanas, y la mayoría de ellas viven dentro de nuestros intestinos. Cada uno de nosotros alberga bibliotecas masivamente diversas de especies y cepas bacterianas adquiridas a lo largo de la vida. Pero los bebés comienzan casi estériles. Se cree que la primera gran infusión de microbios proviene de la madre durante el parto, cuando el bebé sale del útero. Ese regalo bacteriano crea el andamiaje para una próspera comunidad microbiana en el cuerpo que nos sostiene por el resto de nuestras vidas. (Los bebés que nacen por cesárea no reciben la misma infusión inicial de microbios que reciben los bebés del parto vaginal, pero luego los acumulan lentamente).

Uno de los efectos del microbioma, explicó Segata, es condicionar el sistema inmunitario y el metabolismo de su huésped durante los primeros años de vida. Estos días de entrenamiento inicial “pueden tener consecuencias duraderas que en este momento todavía son difíciles de comprender”, dijo.

Eso se debe a que se cree que los metabolitos, o productos químicos del metabolismo, producidos por el microbioma influyen en el desarrollo del sistema inmunológico y cognitivo de un bebé, particularmente durante un período sensible en los 1,000 días antes y después del nacimiento, dijo Carolina Jabbar, internista e investigador de la Universidad de Gotemburgo, coautor principal del nuevo artículo.

En el nuevo estudio, dirigido por Ramnik Xavier, el director del Observatorio de Células Klarman en el Instituto Broad, los investigadores recolectaron muestras de heces de 70 pares de madres y sus bebés, comenzando temprano en el embarazo y continuando durante el primer año del bebé. Luego, los investigadores examinaron la mezcla de microbios y compuestos presentes en las muestras y realizaron análisis genéticos para determinar qué especies y qué cepas de microbios estaban presentes. Con estos datos, pudieron ver cómo coevolucionaron los microbiomas de las madres y los bebés durante ese tiempo.

Como esperaban, los microbiomas de los bebés eran diferentes a los de sus madres, y la influencia de la dieta en sus microbiomas era clara. Los bebés tenían cientos de metabolitos que sus madres no tenían.

La gran sorpresa para el equipo fue que incluso cuando un bebé carecía de cepas bacterianas útiles presentes en la madre, el microbioma del bebé todavía tenía fragmentos de genes pertenecientes a esas cepas.

“¿Cómo podría la especie influir en la composición microbiana infantil sin siquiera ser parte de ella?” Jabbar dijo. Ella y sus compañeros de laboratorio comenzaron a preguntarse si esto podría explicarse por la transferencia horizontal de genes, un proceso peculiar en el que los genes de una especie saltan a otra especie en lugar de transmitirse a una descendencia. Las transferencias horizontales de genes son comunes dentro de las comunidades de bacterias (contribuyen en gran medida a la propagación de genes resistentes a los antibióticos en una variedad de patógenos, por ejemplo) y también se ha descubierto que ocurren en organismos multicelulares.

Aún así, los investigadores no estaban preparados para ver cientos de genes saltando entre comunidades bacterianas, desde el microbioma de la madre hasta el del bebé. “Es una de esas cosas en las que al principio no te crees a ti mismo”, dijo Tommi Vatanen, que es investigador en la Universidad de Helsinki y coautor principal del artículo.

Los investigadores especulan que las transferencias horizontales de genes pueden ser más obvias cuando las bacterias que prosperan en el intestino de la madre no pueden sobrevivir en el entorno desconocido del intestino del bebé. Las bacterias maternas pueden ingresar al cuerpo del bebé a través de la leche materna o como esporas liberadas que el bebé traga. Algunas bacterias inevitablemente no lograrán colonizar el cuerpo del niño y desaparecerán. Pero podrían durar lo suficiente como para que ciertas secuencias de genes salten a bacterias más exitosas. Si esas secuencias genéticas se arraigan en los genomas de bacterias dentro del intestino del bebé, pueden traer las funciones que codifican.

“El hecho de que incluso una existencia transitoria de una célula donante pueda tener tal impacto en las células persistentes es realmente fascinante”, dijo Carr.

En algunos casos, estos lúpulos pueden haber sido posibles gracias a los profagos, virus latentes que se replican en bacterias. En el entorno estresante del intestino del bebé, los profagos pueden activarse y comenzar a moverse entre las bacterias, llevando consigo genes bacterianos incrustados.

En su análisis de muestras de heces de bebés, Vatanen, Jabbar y sus colegas identificaron un ejemplo aparente: un profago que se integró en el ADN de una especie bacteriana apareció en una bacteria diferente meses después.

“Es una evidencia bastante convincente de que este fago en particular saltó entre dos especies diferentes”, dijo Vatanen. Los investigadores también encontraron que los genes saltaban entre especies bacterianas de otras maneras, como a través del contacto directo de célula a célula o a través de una célula bacteriana que engullía el ADN liberado en el medio ambiente.

Un gran grupo de genes que saltó codificó la maquinaria celular que hace posible la transferencia horizontal de genes. Otras secuencias móviles ayudaron con el metabolismo de carbohidratos y aminoácidos y, por lo tanto, pueden haber beneficiado enormemente a las bacterias. Por ejemplo, los resultados sugieren que los genes relacionados con la digestión de los carbohidratos que se encuentran en la leche materna podrían compartirse de madres a bebés de esta manera, dijo Jabbar. Los investigadores no saben con certeza si las transferencias horizontales benefician directamente al bebé, pero al ensamblar un microbioma intestinal más capaz, pueden ayudar con el desarrollo del sistema inmunológico del bebé.

Algunas de estas secuencias genéticas aparecieron en nuevas bacterias meses después del nacimiento, lo que sugiere que las transferencias continuaron ocurriendo durante ese tiempo. No está claro si las transferencias también ocurrían antes del nacimiento, pero los investigadores encontraron que el microbioma de la madre evolucionó durante el embarazo. Es probable que algunos de los cambios afecten la capacidad del cuerpo para tolerar la glucosa. Esos hallazgos sugieren que la diabetes que algunas personas desarrollan durante el embarazo podría estar relacionada con el microbioma.

Cuando los investigadores recolectaron muestras de heces de los bebés, también tomaron muestras de sus células inmunitarias. Ahora planean usar esas muestras para examinar cómo las bacterias que portan los bebés, incluidas las bacterias que contienen estos elementos móviles, interactúan con las células inmunitarias. Los conocimientos de estos experimentos podrían conducir a una mejor comprensión de cómo y por qué algunas personas desarrollan alergias o enfermedades autoinmunes.

La existencia de tales elementos móviles se conoce desde que la genetista pionera Barbara McClintock los descubrió en la década de 1940, un logro por el que ganó el Premio Nobel. “Pero en realidad nunca se había caracterizado con tanta profundidad hasta hace poco”, dijo Carr. "Ahora que estamos obteniendo más información, nos damos cuenta de que, en realidad, los elementos genéticos móviles están teniendo un impacto mayor de lo que pensábamos anteriormente".

En nosotros, resulta que ese impacto comienza muy temprano en la vida.