Microbioma humano

Dra. Mariela SciaraBiologia MolecularLaboratorio CIBIC

CURSO: Biología Molecular Aplicada al Diagnóstico MédicoCírculo Médico de Rosario

Evolución y Microbioma

MICROBIOMA

AGUA

ALIMENTOS

ANIMALESHUMANOS

MEDIO AMBIENTE

TIERRA

Ecosistemas y Microbioma

Microbioma humano

Joshua Lederberg, Premio Nobel de Fisiología en 1958 asignó el término microbioma para nombrar la “comunidad ecológica de microorganismos comensales, simbióticos y patógenos queliteralmente comparten nuestro espacio corporal y han sidototalmente ignorados como determinantes de la salud y la enfermedad.”

Microbioma humanoMICROBIOMA HUMANO

+1000000 genesMICROBIOMA HUMANO

+1000000 genes

GENOMA HUMANO23000 genes

GENOMA HUMANO23000 genes

“segundo genoma”

CELULAS HUMANAS

CELULAS MICROBIANAS

Microbioma humano: distintos sitios, distintas funciones.

Microbioma humano

Desarrollo del microbioma

Maduracion

Desarrollo del microbioma

Rook et al (2017) Lancet 390: 521

Eje intestino-cerebro

J Neuroscience 34:15490 (2014)

86 000 millonesde neuronas

500 millones de neuronas

90% Serotonina50% Dopamina40 neurotransmisores más

Primer Cerebro

Segundo Cerebro

Gastroenterology (2010) 139:1816

Salud y microbioma

Diverso Balance DisbiosisDieta, estilo de vida,

Salud mental, Antibioticos

Salud y microbioma

+ SALUDABLE

Estable

+ PROPENSO A ENFERMEDADES

NoDiverso

No Balance

No Estable

• Obesidad• Intolerancia alimentaria• Celiaquía• Enfermedad periodontal• Diabetes• Esclerosis múltiple• Artritis reumatoidea• Autismo• Depresión• Alergias• Asma• Hipertensión• Psoriasis• Cáncer• Esofagitis, gastritis• Síndrome de Colon Irritable• Enfermedad de Crohn, Colitis Ulcerosa• Infertilidad

Salud y microbioma

Microbioma y cáncer

Microbioma y cáncer

• Secuenciación de mas de 1300 cepas de referencia aisladas del cuerpo humano.

• Descripción de protocolos de laboratorio y bioinformáticos, estandarizados y controlados.

•Publicaciones de referencia en 2012- Nature (2012) 486

http://hmpdacc.org

Human Microbiome Project2008-2013

Nature Reviews Genetics 13, 260 (2012)

Human Microbiome Project2008-2013

The integrative Human Microbiome Project (iHMP)2014

Pregnancy & Preterm Birth

Inflammatory Bowel Disease

Prediabetes(T2D)

• Creación de base de datos integradas de propiedades biológicas del microbioma y el hospedador a partir de tres cohortes diferentes con condiciones asociadas a modificación del microbioma.

http://hmp2.org/

Embarazo Enfermedad InflamatoriaIntestinal

Diabetes Tipo2

The Microbiome Initiative2016

•Apoyar la investigación interdiciplinaria

•Desarrollo de plataformas tecnológicas

•usd$ 121 millones inversión pública- usd$ 400 millones de inversión privada

Front. Cell. Inf. Microbiol. 2:104 (2012)

Composición del microbioma

Cell 158: 690.e1 (2014)

Composición del microbioma: diferencias geográficas

Boulpon, Burkina Faso Florencia, Italia

• baja en grasas y proteínas animales• rica en almidón, fibra y polisacáridos vegetales• predominantemente vegetariana

• alta en grasas, proteínas animales, azúcar y almidón• baja en fibra

Composición del microbioma: diferencias geográficas

PNAS 107: 14691–14696 (2010)

Acidos grasos de cadenacorta

NA

Salud y microbioma

AA NA

AA

Acidos Biliares secundariosNA

AA

Proyecto Microbioma Humano Argentino (2012-2014)

• Caracterizar el microbioma humano de la población adulta sanaargentina• 20 voluntarios sanos 18-50 años

• Plataforma NGS 454 ROCHE

• 10 sitios muestreados

Adaptación de Morgan X. et al (2012) PLOS Comput. Biol. 8(12):e1002808

Filo

Clase

Orden

Familia

Género

Proyecto Microbioma Humano Argentino (2012-2014)

Frontiers in Microbiology 7:51 (2016)

Perfiles taxonómicos Argentina vs HMPProyecto Microbioma Humano Argentino (2012-2014)

Microbioma Humano

Proyecto Microbioma Gastrointestinal y Metaboloma Argentino (2014-2016)

200 voluntarios sanos 18-50 años

Rosario, Rafaela, Paraná y Venado Tuerto

Materia fecal, suero y orina

Metadata

Analisis de Rutina

GlLICEMIA

Bb TOTAL

Bb INDTA

Bb DTA

COLESTEROL

HDL

LDL

TG

GOT

GPT

GGT

FA

CREATININA

UREMIA

CLORURO

POTASIO

SODIO

Antecedentes grales

HABITAT

EDAD

SEXO

NACIONALIDAD

RESIDENCIA

OCUPACION

TABAQUISMO

HORAS DE SUEÑO

MANO DOMINANTE

USO DE COSMETICOS

FRECUENCIA CEPILLADO DENTAL

MASCOTAS

VIAJE EN ULTIMOS 6 MESES

EJERCICIOS

Dieta

TIPO DE DIETA

PRINCIPAL VEGETAL INGERIDO

PRINCIPAL HIDRATO INGERIDO

%CARBOHIDRATOS INGERIDO

FUENTE DE AGUA

ALCOHOL

SUPLEMENTOS VITAMINICOS

RESTRICCIONES DIETARIAS

Historia Clìnica

ENFERMEDAD DIAGNOSTICADA EN ULTIMOS 6 MESES

TRASTORNOS ALERGICOS

TRASTORNOS PULMONARES

TRASTORNOS RESPIRATORIOS

ETIRPACION AMIGDALAS

TRASTORNOS HEMATOLOGICOS

TRASTORNOS RENALES

TRASTORNOS UROGENITALES

TRASTORNOS GASTROINTESTINALES

CIRUGIA APENDICE

EMBARAZOS

Medicación

MEDICACION CRONICA

MEDICACION CIRCUNSTANCIAL

MEDICACION HOMEOPATICA

Primer mapa del Microbioma Intestinal Argentino

Raw data e interpretacionde resultados

Raw data e interpretacionde resultados

PLATAFORMA TECNOLOGICA DE NGS

Unweighted Unifrac PCoACtrol. 2012Rosario

V TuertoParaná

Rafaela

PRIMER MAPA DE MICROBIOMA GASTROINTESTINAL ARGENTINO

Control

Niño TGI

Adulto joven IBD

Mujer Adulta Joven (severo caso de TGI)

PRIMER MAPA DE MICROBIOMA GASTROINTESTINAL ARGENTINO

Niño TGI

Adulto joven IBD

Mujer Adulta Joven (severo caso de TGI)

Control

CASOS TESTIGOS DE DISBIOSIS

Diversidad microbiana

Abundancia relativa

CASOS TESTIGOS DE DISBIOSIS

Bacterias benéficas

Bacterias en cantidades anómalas

CASOS TESTIGOS DE DISBIOSIS

Microbiomasaludable

Factor que provocadisbiosis

Estado propenso a enfermedad

Terapia diseñada pararestablecer el microbioma

Microbioma saludablerestablecido

ALTERACION DE DIVERSIDAD BALANCE

ESTABILIDAD

Salud y microbioma

Modulación del microbioma como terapia

• Trasplante de materia fecal para tratar infección por Clostridium difficile.

Prueba y error

Un visión para el futuro…

Farmacogenómica

Farmacometagenómica

BMC Medicine 14(1):72 (2016)

Medicina de precisión

Petrosino J. Genome Medicine (2018) 10-12.