Un equipo de investigadores del Instituto Weizmann de Ciencias ha desarrollado un innovador método que permite analizar de manera simultánea las proteínas presentes en el intestino a partir de una muestra de heces. Este avance, publicado en la revista Cell, tiene el potencial de ofrecer información valiosa sobre la salud y el estilo de vida de las personas, al proporcionar una “voz” al intestino, que podría revelar verdades ocultas sobre la salud humana.
Desarrollo del método IPHOMED
El estudio, codirigido por los doctores Rafael Valdés-Mas, Avner Leshem y Danping Zheng bajo la dirección del profesor Eran Elinav, en colaboración con el doctor Alon Savidor del Centro Nacional de Medicina Personalizada Nancy y Stephen Grand, se centra en un método denominado IPHOMED (abreviatura de Integrated Proteo-genomics of HOst, MicrobiomE and Diet). Este método permite identificar todas las proteínas del intestino, incluidas las derivadas de los alimentos y del microbioma intestinal, lo que facilita el estudio de las interacciones entre estos elementos con una resolución sin precedentes.
El objetivo inicial de la investigación era ir más allá de la secuenciación de ADN, que es el enfoque habitual para estudiar el microbioma. Según Elinav, “el ADN puede decirnos qué bacterias están presentes, pero no señala su actividad potencial. Las proteínas bacterianas, en cambio, pueden revelar directamente si están activas y cómo su función afecta a la salud humana y a las enfermedades”.
Identificación de proteínas y su relevancia
La identificación de proteínas en el intestino es un desafío debido a la gran cantidad de especies bacterianas y a las similitudes entre ellas. El genoma humano, por ejemplo, produce aproximadamente 20,000 genes que dan lugar a millones de variaciones proteínicas, lo que complica su identificación utilizando bases de datos existentes. El nuevo método aborda este desafío combinando espectrometría de masas para generar un mapa proteínico personalizado para cada paciente.
El método IPHOMED no solo muestra las proteínas que provienen de cepas bacterianas, sino que también identifica las señales secretadas en respuesta a las interacciones del microbioma. Juntas, estas dos fuentes generan un atlas de comunicación del organismo durante la exposición a patógenos o antibióticos. En el transcurso de la investigación, se descubrieron docenas de péptidos antimicrobianos previamente desconocidos que actúan como antibióticos, eliminando algunas bacterias y, en última instancia, influyendo en la composición del microbioma.
Implicaciones para la salud y la nutrición
Este hallazgo podría ayudar a explicar la composición única de cada persona y las diferencias en la susceptibilidad a diversas enfermedades. Durante el desarrollo del método, el equipo se dio cuenta de que, aunque habían logrado caracterizar el 97% de las muestras, el 3% restante presentaba un desafío desconcertante. Investigaciones posteriores revelaron que estas proteínas no provenían de tejidos corporales, sino de los alimentos consumidos. Esto sugiere que el método podría satisfacer una necesidad urgente en la ciencia nutricional: obtener detalles precisos sobre la dieta de una persona de manera no invasiva.
Para abordar esta cuestión, el equipo creó una base de datos que incluye cientos de productos alimenticios e identificó aquellos que eran exclusivos de ciertos alimentos. Estos avances permitieron conocer, por ejemplo, qué alimentos habían consumido los participantes en estudios realizados en Alemania e Israel, donde se observó que, a pesar de un consumo similar de trigo, los alemanes tenían grandes cantidades de cerdo en su dieta, mientras que la mayoría de los israelíes consumían aves de corral.
Experimentos y resultados
En los experimentos, se pidió a los participantes que consumieran un repertorio cambiante de alimentos, incluidos cacahuetes, durante ciertos días. Se determinó que el consumo de cinco cacahuetes al día era tan sensible que podía indicar cambios en enfermedades gastrointestinales. En un caso, se identificó correctamente a un niño celíaco recién diagnosticado que había seguido una dieta sin gluten prescrita. Elinav comentó que el método podría utilizarse para determinar si alguien sigue una dieta kosher estrictamente vegetariana, destacando que el seguimiento tradicional de la dieta, basado en autoinformes, es notoriamente inexacto.
Aplicaciones clínicas y futuras investigaciones
El avance en la identificación de proteínas y su relación con la dieta y el microbioma tiene implicaciones significativas para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Los investigadores aplicaron su método a pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal, caracterizando la inflamación intestinal grave en participantes de Israel, Alemania y Estados Unidos, lo que permitió descifrar, a nivel molecular, los orígenes de esta enfermedad. Esto condujo al descubrimiento de nuevas dianas que podrían servir como objetivos para futuros medicamentos, así como a la identificación de biomarcadores que podrían utilizarse para diagnosticar tipos de enfermedades, evaluar su gravedad y rastrear el progreso del tratamiento.
Las sondas desarrolladas prometen superar a la calprotectina, que es el único biomarcador clínicamente aprobado en este ámbito. Elinav afirmó que el método permitirá “escuchar exactamente lo que nuestros intestinos dicen y así aprender a brindarles la ayuda que necesitan”. Esto podría facilitar el diseño de intervenciones médicas personalizadas para una amplia variedad de trastornos, especialmente aquellos relacionados con el microbioma, así como enfermedades inflamatorias, metabólicas, malignas y neurodegenerativas.
El equipo de investigación incluyó a varios colaboradores, entre ellos Yotam Cohen, Dra. Lara Kern, Niv Zmora, Yiming He, Shimrit Eliyahu Miller, Tal Yosef Hevroni, Liron Richman, Barbara Raykhel, Shira Allswang, Reut Better, Fernando Slamovitz, Dragos Ciocan, Uria Mor, Mally Dori-Bachash, Shahar Molina, Jotham Suez, Suhaib K. Abdeen, Hagit Shapiro, Elinav, Merav Shmueli, Prof. Yifat Merbl del Weizmann, y otros investigadores de diversas instituciones en Israel, Alemania y Japón. Este trabajo recibió apoyo de varias fundaciones y programas de investigación.
