El ser humano ha conseguido llegar a prácticamente todos los rincones de la Tierra. Sin embargo, el planeta azul ofrece a aún muchos territorios sin explorar, ocultos a simple vista. Entre ellos destaca el mundo microscópico de multitud de lugares de la Tierra, que siguen siendo ampliamente desconocidos, incluso aunque formen parte de nuestro entorno.
Casi todas las especies de microorganismos que habitan nuestro planeta siguen siendo desconocidas para la ciencia, ya estén en un distante glaciar o en el parque al otro lado de la calle. Se estima que hay millones y millones de vidas microscópicas ahí fuera que aún no han sido descubiertas. Identificar a estos diminutos organismos no solo aumenta nuestro conocimiento sobre la evolución de las especies en nuestro planeta, sino que también nos da pistas para desarrollar innovadores tratamientos frente a agentes patógenos.
Recientemente, un gran equipo internacional de investigadores, que forman parte del consorcio MetaSUB, ha descubierto alrededor de 12.000 nuevas bacterias, arqueas (organismos unicelulares similares a bacterias, pero con diferentes rutas metabólicas y estructuras de la membrana celular) y virus que nunca antes se habían observado. Los científicos no tuvieron que viajar a recónditos lugares de la Tierra, pues los microorganismos se encontraban a la vista de todos, aunque ocultos por su ínfimo tamaño, en 60 ciudades, situadas en América, Europa, Oceanía, África subsahariana, Oriente Medio y el Este de Asia. Así, esta iniciativa global ha creado, de forma sistemática, el primer catálogo mundial del ecosistema microbiano en ciudades. Los resultados, que se han publicado en la revista Cell, muestran una gran diversidad de especies microscópicas entre diferentes ciudades.
Para la realización del estudio, se recogieron 4.728 muestras de a lo largo de tres años (de 2015 a 2017) a partir de superficies que suelen estar muy manoseadas por las personas como máquinas expendedoras de tickets, asientos, mesas, tornos o barandillas de estaciones de metro, bus u otros centros de transporte. Los científicos seleccionaron específicamente estos lugares porque son espacios en los que interaccionan millones de personas cada día y que, sin embargo, son territorios microscópicos ampliamente inexplorados. Apenas se conoce casi nada sobre el conjunto de microorganismos (la microbiota) que habita las superficies de estas zonas urbanas tan familiares a simple vista, pero tan extrañas en lo microscópico.
La recogida de muestras se realizó de una forma estándar en todas las ciudades para asegurar la calidad de los datos y permitir la comparación entre ellos. A partir de estas muestras, se aisló el ADN presente en ellas y se realizaron secuenciaciones masivas para identificar genes y distinguir diferentes especies de microorganismos.
Los investigadores utilizaron la secuenciación metagenómica de escopeta para, a partir de muestras con material genético mezclado de distintos microorganismos, poder identificar la secuencia genética de cada especie. Se trata de una técnica muy utilizada por microbiólogos para conocer el microbioma (el material genético total de un conjunto de microorganismos) de un determinado ecosistema. Básicamente, el ADN se fragmenta al azar en pequeños trozos y se secuencia de forma repetida. Las pequeñas secuencias de ADN que quedan superpuestas sirven para realizar el ensamblaje hasta tener una secuencia completa de una especie en particular, como si fueran diminutas piezas de un puzle que va encajando poco a poco.
Para el análisis de esta inmensa cantidad de información genética, se utilizaron superordenadores del Centro de Supercomputación de Pittsburgh. Además, dado que este proyecto es una iniciativa de ciencia abierta, los investigadores han incluido los datos de las secuencias genéticas en el portal MetaGraph para que cualquier persona puede revisarlas o compararlas con otros organismos. Esta herramienta también permite conocer en qué lugares de la Tierra se ha observado un determinado microorganismo o analizar posibles funciones de los genes.
En total, se descubrieron 10.928 virus, 748 bacterias y 2 arqueas que no estaban, hasta ahora, identificadas en ninguna base de datos. Además de estos nuevos microbios, también estaban presentes 4.426 microorganismos urbanos conocidos. 31 especies de microbios destacaban por su extrema frecuencia, ya que se encontraban en el 97 % de las muestras, sin formar parte de aquellos que suelen estar en el cuerpo humano (organismos comensales).
Los datos se clasificaron en forma de árbol taxonómico para agrupar los microorganismos según su capacidad para crear biofilms, formar parte de la microbiota del cuerpo humano o asociarse con virus específicos, entre otras características. Cada ciudad ofrecía una huella microbiológica característica en la que influían muchos factores como la densidad de población, el clima, la cercanía con el océano o la altitud. Solo unas pocas especies de microorganismos eran prácticamente universales, como Streptococcus oralis, que es una bacteria muy típica de la boca humana. Los autores explican que disponer de estas huellas microbiológicas típicas de cada ciudad podría ser útil de cara a estudios forenses o de Salud Pública.
Los investigadores también detectaron una gran presencia de marcadores de resistencia antimicrobiana, que variaban de forma considerable en cada ciudad. Entre ellos, los más comunes eran genes de resistencia a antibióticos betalactámicos y a macrólidos, lincosamidas y estreptograminas que se utilizan con frecuencia para tratar infecciones de la piel, respiratorias, de transmisión sexual, entre otras.
Los autores explican que estos resultados son solo el primer paso de un ambicioso proyecto para conocer más a fondo el mundo microscópico de las ciudades. Los próximos estudios identificarán también microorganismos con ARN y metabolitos (moléculas que intervienen en procesos metabólicos) y se utilizarán tecnologías de secuenciación más avanzadas (de tercera generación) que permitan identificar largas secuencias de ADN.
Otro aspecto en el que los investigadores pretenden indagar en un futuro próximo es en cómo el conjunto de microorganismos en las ciudades evoluciona a lo largo del tiempo. Este macroproyecto de ciencia colaborativa podría ser de utilidad para rastrear la presencia de agentes patógenos para el ser humano en localizaciones específicas de las ciudades que sufran epidemias.
Por otra parte, la identificación de nuevos microorganismos podría ayudar a descubrir nuevas moléculas con utilidad antibiótica o con otros efectos terapéuticos. Buena parte de los antibióticos que existen en la actualidad se identificaron a partir del estudio de microorganismos (la penicilina, por ejemplo, se descubrió a partir del hongo Penicillium notatum). Así, este estudio no solo serviría para conocer el lado microscópico de las ciudades, sino que también podría ser una fuente para identificar potenciales fármacos valiosos para la medicina.
Esther Samper
Referencia: «A global metagenomic map of urban microbiomes and antimicrobial resistance», David Danko et al. en Cell, vol. 184, págs. 1-18, 26 de mayo de 2021.
