Un consorcio de más de 300 investigadores de 160 instituciones científicas de todo el mundo llamado The Earth Microbiome Project (Proyecto Microbioma Terrestre), ha recogido más de 27.500 muestras para estudiar la diversidad de microorganismos de todo el planeta. El proyecto, que pretende mapear el microbioma de la Tierra, ya ha presentado sus primeros resultados en la revista Nature.
The Earth Microbiome Project (EMP) es un macroproyecto realizado por un equipo internacional de científicos en el que participan investigadores de la Universidad de Granada desde el 2012. Hasta ahora, el proyecto se ha expandido hasta por 43 países, pero pretende ir más allá. De hecho, su gran cantidad de información, forma parte de unos 100 artículos científicos, más de la mitad de ellos ya publicados en revistas internacionales. El EMP es un claro ejemplo de ciencia abierta al alcance de todos los científicos, en el que colaboran más de 500 investigadores, compartiendo datos y métodos de trabajo.
Este proyecto empezó en el verano de 2010, cuando 26 expertos en microbiología y bioinformática se reunieron en un taller en Snowbird, Utah, para entender por qué mientras los laboratorios de todo el mundo avanzan rápidamente en el conocimiento de los microbios utilizando la secuenciación genética, cada uno lo hacía de manera diferente, lo cual dificultaba la comparación de datos entre ellos.
«Las personas que estudiaron sistemas particulares tendieron a utilizar diferentes protocolos, transmitidos de una persona a otra en el laboratorio», explica el asistente del taller Rob Knight, microbiólogo de la Facultad de Medicina de la Universidad de California en San Diego y director fundador del Centro para Microbiome Innovation.
Además, Knight estaba particularmente interesado en las cuestiones ecológicas globales sobre cómo se distribuyen las comunidades microbianas y qué factores determinan sus distribuciones. Entonces, junto con dos colegas del taller, Janet Jansson, científica jefe de biología y laboratorio del Pacific Northwest National Laboratory, y Jack Gilbert, profesor de cirugía en la Universidad de Chicago y director del Microbiome Center, Knight fundó The Earth Microbiome Project, para llevar a cabo la caracterización de microbios en una escala que nadie había conocido antes.
A continuación, estos científicos hicieron una llamada a los microbiólogos de todo el mundo para que enviaran muestras físicas a uno de sus tres laboratorios, con la promesa de que el equipo secuenciaría los microbios de acuerdo con un protocolo estandarizado y pondría los datos genómicos resultantes a disposición del público. Estas muestras incluyeron muestras asociadas al hospedador, tales como las de las tripas de los primates o las pieles de los dragones de Komodo; acuáticas, recolectadas de océanos y lagos; y muestras de sedimentos y suelo, de todas partes del globo, desde el fondo oceánico hasta el permafrost de Alaska.
Finalmente, este gigante proyecto fue fundado en 2010 con la idea de analizar todas las comunidades de microbios que constituyen el microbioma de la Tierra. Su objetivo es muestrear todas las comunidades de microorganismos posibles para conocer sus relaciones con el ambiente, plantas, animales y humanos.
Para ello, utilizan la secuenciación de ADN y la espectrometría de masas como métodos para entender los patrones en la ecología microbiana en los distintos microbiomas y hábitats de nuestro planeta. Con este sistema, ya han sido capaces de obtener más de 2200 millones de secuencias, de las cuales 305.000 son completamente nuevas para la ciencia. Con esto, han generado la primera base de datos de referencia sobre las distintas bacterias que colonizan la Tierra, la cual incluye datos de más de 27,000 muestras recolectadas en sitios que van desde el permafrost de Alaska hasta el fondo del océano.
Debido a la gran importancia de los microorganismos para el medio ambiente, la salud humana y la industria, son numerosos los estudios que se centran en analizar los microorganismos que intervienen en distintos procesos, pero siempre bajo un punto de vista muy local y ambientes muy específicos. Por ello, The Earth Microbiome Project aborda la diversidad microbiana a escala mundial y pretende promover el estudio de patrones generales de la diversidad y ecología de la comunidad bacteriana de la Tierra.
Pero además, la diversidad de ambientes muestreados por The Earth Microbiome Project, ayuda a demostrar la influencia del ambiente local en el microbioma. Por ejemplo, las comunidades de ambientes salinos se parecen más entre ellas que a las de ambientes de agua dulce y a su vez son más parecidas entre ellas que a las comunidades de la piel de cetáceos y peces que viven en esas aguas.
Método de trabajo del The Earth Microbiome Project
Para catalogar los microbios, el equipo desarrolló un protocolo estandarizado que involucra el sondeo y la secuenciación del gen de ARN ribosómico 16S (rRNA), que sirve como un código de barras único para especies de bacterias y arqueas. También utilizaron un nuevo método para eliminar errores de secuencia en los datos para garantizar la precisión. Y además, los investigadores lograron construir un marco para indicar de dónde provenía la secuencia y con qué otras secuencias se encontró, facilitando la adición de cualquier secuencia adicional a la base de datos.
Utilizando este protocolo, el equipo detectó un total de 307,572 secuencias de ARNr 16S únicas de las muestras microbianas. Para Jansson, la base de datos abre muchas posibilidades: «si obtenemos una secuencia y no sabemos de dónde viene, podríamos tener una buena probabilidad de encontrar que se trataba de un microbio del suelo o asociado a un anfitrión, o un microbio acuático, simplemente basado en esta secuencia».
Por otra parte, los investigadores también realizaron un metanálisis con el fin de explorar los principios ecológicos en microbiología. Por ejemplo, desacreditaron la noción de que la riqueza microbiana se correlaciona positivamente con la temperatura; de hecho, los datos de muestras no asociadas al huésped sugieren que la riqueza microbiana alcanza un rango de temperatura estrecho y relativamente frío, y luego disminuye, dependiendo del pH y el tipo de muestra.
Además, The Earth Microbiome Project también se encargó de la extracción, secuenciación y análisis de ADN de las muestras involucradas en otros 100 estudios individuales. Estas contribuciones a la base de datos, han hecho que ésta crezca constantemente desde que las primeras entradas se hicieron públicas en 2011.
Gracias a esfuerzos como estos, el número total de muestras recopiladas por el EMP ahora ha llegado a 100.000, pero Knight espera que la base de datos crezca aún más, ya que el equipo ha puesto a disposición del público su protocolo de secuenciación, para que los laboratorios de todo el mundo puedan aportar sus propios datos directamente.
Además, Janssen señala que la escala de la base de datos permitirá a muchos investigadores hacer predicciones sobre qué tipo de microorganismos esperar en diferentes entornos, y viceversa, es decir, vincular un microbio a su entorno de origen basándose únicamente en su secuencia de ARNr 16S. Ser capaz de hacer tales enlaces podría tener aplicaciones en muchas disciplinas científicas, desde microbiología hasta medicina forense.
Por tanto, The Earth Microbiome Project sienta las bases para el estudio de patrones ecológicos globales y ofrece un ejemplo de trabajo internacional, multidisciplinar y coordinado. Además, es una fuente de recursos para la exploración de cientos de preguntas ecológicas que están pendientes de resolver.
Fuentes: Agencia SINC, Earth Microbiome y The Scientist
