miniaturadeimagen|Diversas comunidades microbianas características de la microbiota vegetal se encuentran en las superficies externas y los tejidos internos de la planta huésped, así como en el suelo circundante.Dastogeer, K.M., Tumpa, F.H., Sultana, A., Akter, M.A. and Chakraborty, A. (2020) "Plant microbiome–an account of the factors that shape community composition and diversity". Current Plant Biology, 23: 100161. . 50x50px Material extraído de esta fuente, disponible bajo una Licencia Internacional Creative Commons Atribución 4.0.|400x400px
La microbiota es el conjunto de microorganismos que pueden ser comensales, simbióticos o patógenos y que se encuentran en y sobre todos los organismos multicelulares, incluidas las plantas . La microbiota incluye bacterias, arqueas, protistas, hongos y virus, y se ha demostrado que son cruciales para la homeostasis inmunológica, hormonal y metabólica de su huésped.
El término microbioma designa el conjunto de genomas colectivos de los microbios que residen en un nicho ecológico o en el interior de los propios microbios.
El microbioma y el huésped han emergido durante la evolución como una unidad sinérgica a partir de características epigenéticas y genéticas, denominada en ocasiones de forma colectiva holobionte. La presencia de microbiota en el intestino humano y de otros metazoos ha sido fundamental para comprender la coevolución entre metazoos y bacterias.Davenport, Emily R et al. "The human microbiome in evolution". BMC Biology. vol. 15,1 127. 27 Dec. 2017, doi:10.1186/s12915-017-0454-7"Evolution of the human gut flora". Andrew H. Moeller, Yingying Li, Eitel Mpoudi Ngole, Steve Ahuka-Mundeke, Elizabeth V. Lonsdorf, Anne E. Pusey, Martine Peeters, Beatrice H. Hahn, Howard Ochman. Proceedings of the National Academy of Sciences. Nov 2014, 111 (46) 16431-35; doi: 10.1073/pnas.1419136111 La microbiota desempeña un papel clave en las respuestas inmunitarias y metabólicas intestinales a través de su producto de fermentación, el ácido graso de cadena corta acetato.
Introducción miniaturadeimagen|Especies predominantes de bacterias en la piel humana.|404x404px
Todas las plantas y animales, desde las formas de vida simples hasta los humanos, viven en estrecha asociación con organismos microbianos. Diversos avances han impulsado la comprensión de los microbiomas, entre ellos: La capacidad de realizar análisis genómicos y de expresión génica de células individuales y de comunidades microbianas completas mediante la metagenómica y la metatranscriptómica Bases de datos accesibles para investigaciones multidisciplinarias. Métodos de análisis matemático adecuados para conjuntos de datos complejos.
Los biólogos han llegado a apreciar que los microbios constituyen una parte importante del fenotipo de un organismo, más allá del estudio de casos simbióticos ocasionales.
Tipos de relaciones microbio-huésped El comensalismo, concepto desarrollado por Pierre-Joseph van Beneden (1809–1894) durante el ,Poreau B., Biologie et complexité : histoire et modèles du commensalisme. PhD Dissertation, University of Lyon, France, 2014. es fundamental para el microbioma: la microbiota coloniza al huésped en una coexistencia no dañina. La relación se denomina mutualista cuando los organismos realizan tareas útiles para el huésped; y parásita cuando es desventajosa para el huésped. Otros autores definen el mutualismo como aquel en el que ambos se benefician, y el comensalismo como aquel en el que el huésped no se ve afectado y el simbionte se beneficia. El intercambio de nutrientes puede ser bidireccional o unidireccional, depender del contexto y ocurrir de diversas maneras. La microbiota que se espera que esté presente y que, en circunstancias normales, no causa enfermedad se considera flora normal o microbiota normal; esta no solo puede ser inofensiva, sino también proteger al huésped.
Adquisición y cambio La adquisición inicial de la microbiota en los animales, desde los mamíferos hasta las esponjas marinas, ocurre al nacer e incluso puede tener lugar a través de la línea germinal. En las plantas, el proceso de colonización puede iniciarse bajo tierra en la zona de la raíz, alrededor de la semilla en germinación (espermosfera), u originarse en las partes superficiales (filosfera y zona de la flor o antósfera). La estabilidad de la microbiota de la rizosfera a lo largo de las generaciones depende del tipo de planta, pero aún más de la composición del suelo (entorno vivo y no vivo). Clínicamente, se puede adquirir nueva microbiota mediante el trasplante de microbiota fecal para tratar infecciones como la infección crónica por C. difficile.
Microbiota por huésped miniaturadeimagen|Microbiota patógena que causa inflamación en el pulmón.|352x352px
Humanos
La microbiota humana incluye bacterias, hongos, arqueas y virus. Quedan excluidos los microanimales que viven en el cuerpo humano. El microbioma humano se refiere a sus genomas colectivos.
Los seres humanos están colonizados por numerosos microorganismos; la estimación tradicional era que los humanos viven con diez veces más células no humanas que humanas, pero cálculos más recientes han reducido esta proporción a 3:1 e incluso a aproximadamente 1:1.Judah L. Rosner for Microbe Magazine, Feb 2014. Ten Times More Microbial Cells than Body Cells in Humans?Alison Abbott for Nature News. Jan 8 2016 Scientists bust myth that our bodies have more bacteria than human cells En realidad, estos microorganismos son tan pequeños que se estima que hay alrededor de 100 billones de microorganismos en el cuerpo humano."On and in You." Micropia, www.micropia.nl/en/discover/stories/on-and-in-you/#:~:text=They're%20on%20you%2C%20in,re%20known%20as%20human%20microbiota.
El Proyecto Microbioma Humano secuenció el genoma de la microbiota humana, centrándose particularmente en la que habita normalmente en la piel, la boca, la nariz, el tracto digestivo y la vagina. Alcanzó un hito en 2012 al publicar sus resultados iniciales.
Animales
Los anfibios poseen microbiota en la piel. Algunas especies pueden portar el hongo Batrachochytrium dendrobatidis, que en otras puede causar una infección mortal llamada quitridiomicosis, dependiendo de su microbioma, que resiste la colonización por patógenos o inhibe su crecimiento mediante péptidos cutáneos antimicrobianos.
En los mamíferos, los herbívoros dependen de su microbioma ruminal para convertir la celulosa en proteínas, ácidos grasos de cadena corta y gases. Los métodos de cultivo no proporcionan información sobre todos los microorganismos presentes. Los estudios metagenómicos comparativos demostraron que poseen estructuras comunitarias, fenotipos predichos y potenciales metabólicos marcadamente diferentes, a pesar de ser alimentados con dietas idénticas, estar alojados juntos y ser aparentemente funcionalmente idénticos en la utilización de recursos de la pared celular vegetal.
Los ratones se han convertido en los mamíferos más estudiados en cuanto a sus microbiomas. La microbiota intestinal se ha estudiado en relación con enfermedades alérgicas respiratorias, obesidad, enfermedades gastrointestinales y diabetes. El cambio perinatal de la microbiota mediante dosis bajas de antibióticos puede tener efectos duraderos sobre la susceptibilidad futura a enfermedades alérgicas respiratorias. La frecuencia de ciertos subconjuntos de microbios se ha relacionado con la gravedad de la enfermedad. La presencia de microbios específicos al principio de la vida posnatal instruye las respuestas inmunitarias futuras. En ratones gnotobióticos, se descubrió que ciertas bacterias intestinales transmitían un fenotipo particular a los ratones receptores libres de gérmenes, promoviendo la acumulación de células T reguladoras del colon y modulando la adiposidad del ratón y las concentraciones de metabolitos cecales. Este enfoque combinatorio permite una comprensión a nivel de sistemas de las contribuciones microbianas a la biología humana. También se han estudiado otros tejidos mucosos, como el pulmón y la vagina, en relación con enfermedades como asma, alergia y vaginosis.
Los insectos poseen sus propios microbiomas. Por ejemplo, las hormigas cortadoras de hojas forman enormes colonias subterráneas que cosechan cientos de kilogramos de hojas cada año y no pueden digerir la celulosa directamente. Mantienen jardines de hongos como principal fuente de alimento. Si bien el hongo no digiere la celulosa, lo hace una comunidad microbiana que contiene diversas bacterias. El análisis del genoma de la población microbiana reveló numerosos genes implicados en la digestión de la celulosa. El perfil enzimático de degradación de carbohidratos predicho de este microbioma es similar al del rumen bovino, pero la composición de especies es casi completamente diferente. La microbiota intestinal de la mosca de la fruta puede afectar la morfología de su intestino al influir en la tasa de renovación epitelial, el espacio celular y la composición de diferentes tipos celulares en el epitelio. Cuando la polilla Spodoptera exigua se infecta con baculovirus, los genes relacionados con el sistema inmunitario se regulan negativamente y aumenta la cantidad de su microbiota intestinal. En el intestino de los dípteros, las células enteroendocrinas detectan los metabolitos derivados de la microbiota intestinal y coordinan las ramas antibacteriana, mecánica y metabólica de la respuesta inmunitaria innata del intestino frente a la microbiota comensal. Los escarabajos de la corteza también se benefician de los aportes de su microbiota en relación con la nutrición y la defensa.
Los peces poseen sus propios microbiomas, incluida la especie de vida corta Nothobranchius furzeri (killis turquesa). La transferencia de la microbiota intestinal de killis jóvenes a killis de mediana edad prolonga significativamente la vida útil de estos últimos.
Plantas miniaturadeimagen||385x385px
Las plantas pueden adquirir su microbiota del entorno (aire, suelo, agua, etc.), aunque una parte de este microbioma se origina en la semilla. Los microorganismos transmitidos por la semilla migran a la plántula en desarrollo siguiendo una ruta específica: una comunidad se dirige a las hojas y otra a las raíces. En el diagrama de la derecha, la microbiota que coloniza la rizosfera, ingresa a las raíces y coloniza la próxima generación de tubérculos a través de los estolones se visualiza en rojo. Las bacterias presentes en el tubérculo madre, que pasan a través de los estolones y migran a la planta y a la siguiente generación de tubérculos, se muestran en azul. El suelo es el principal reservorio de bacterias que colonizan los tubérculos de papa. Las bacterias se reclutan del suelo de manera más o menos independiente de la variedad de papa. Las bacterias pueden colonizar los tubérculos predominantemente desde el interior de las plantas a través del estolón. La microbiota bacteriana de los tubérculos de papa consiste en bacterias transmitidas de una generación de tubérculos a la siguiente y bacterias reclutadas del suelo que colonizan las plantas a través de la raíz.
izquierda|miniaturadeimagen|200x200px|Micrografía óptica de una sección transversal de una raíz coraloide de cícada que muestra la capa que alberga cianobacterias simbióticas.
Las plantas son anfitrionas atractivas para los microorganismos porque les proporcionan una variedad de nutrientes. Los microorganismos en las plantas pueden ser epífitos (que viven sobre la planta) o endófitos (que viven dentro del tejido vegetal).
Las comunidades microbianas de las plantas pueden verse moldeadas por las condiciones climáticas o el ambiente, aunque generalmente existe una tendencia para cada especie vegetal; es decir, suelen existir patrones comunes en la composición de las comunidades microbianas de distintas plantas pertenecientes al mismo taxón.