Herbert W. Virgin (izquierda) y Thad Stappenbeck han demostrado la importancia de la 'herencia bacteriana' de madres a hijos. Imagen: Robert Boston. Fuente: WUSTL.
Es un hecho firmemente establecido y que se enseña en 1º de Biología: Los rasgos tales como el color y la altura de los ojos se transmiten de una generación a otra a través del ADN de los padres.
Pero ahora, un nuevo estudio en ratones de investigadores de la Escuela Universitaria de Medicina de Washington en St. Louis (WUSTL, Estados Unidos) ha demostrado que el ADN de las bacterias que viven en el cuerpo puede pasar un rasgo a la descendencia de una manera similar al propio ADN de los padres.
Según los autores, el descubrimiento significa que los científicos deben considerar un nuevo factor significativo, el ADN de los microbios que pasan de la madre al niño, en sus esfuerzos para comprender cómo influyen los genes en la enfermedad y la salud. El estudio apareció ayer en línea en Nature.
"Hemos mantenido a las bacterias en el lado ambiental de la línea que separa los factores que dan forma a nuestro desarrollo, en lugar del genético", explica el co-autor del artículo Herbert W. Virgin IV, en la información de la universidad. "Sin embargo, nuestros resultados muestran bacterias que las bacterias cruzan esa línea. Esto sugiere que podríamos tener que ampliar sustancialmente nuestra forma de pensar acerca de sus contribuciones, y tal vez las de otros microorganismos, a la genética y la herencia".
Comensales
Las bacterias son más conocidas por su papel en infecciones nocivas. Pero los científicos se han dado cuenta de que estas bacterias son sólo una pequeña fracción de las comunidades bacterianas que viven dentro y sobre nuestros cuerpos. La mayoría de las bacterias son comensales, lo que significa que no causan daño y, a menudo, confieren beneficios.
Las bacterias comensales influyen en rasgos tales como el peso y el comportamiento. Pero hasta ahora, los investigadores pensaban que las bacterias que ejercen estos efectos se adquirían durante la vida de una persona. Este estudio es el primero en demostrar que el ADN bacteriano puede pasar de padres a hijos de una manera que afecta a rasgos específicos como la inmunidad y la inflamación.
Los investigadores vincularon bacterias comensales en ratones a la susceptibilidad de los animales a una lesión en el intestino. Ratones con ciertas bacterias heredadas son susceptibles a esa lesión, que es causada por la exposición a una sustancia química. Los ratones hembra pasan las bacterias a su descendencia, haciéndolos vulnerables a la lesión. Otros, que llevan bacterias diferentes, son menos susceptibles.
En el corto plazo, los hallazgos podrían ayudar a los científicos a eliminan un error significativo de los estudios de ratones modificados genéticamente. En varios campos de investigación, los científicos han tenido que hacer frente de forma intermitente a la aparición repentina e inexplicable de rasgos nuevos o alterados en ratones. Los rasgos a menudo se propagan de un hábitat del ratón al siguiente, lo que sugiere que la culpa es de la dispersión de una infección microbiana. Pero los rasgos también pasan constantemente de madre a hijos, lo que sugiere una causa genética.
Pero ahora, un nuevo estudio en ratones de investigadores de la Escuela Universitaria de Medicina de Washington en St. Louis (WUSTL, Estados Unidos) ha demostrado que el ADN de las bacterias que viven en el cuerpo puede pasar un rasgo a la descendencia de una manera similar al propio ADN de los padres.
Según los autores, el descubrimiento significa que los científicos deben considerar un nuevo factor significativo, el ADN de los microbios que pasan de la madre al niño, en sus esfuerzos para comprender cómo influyen los genes en la enfermedad y la salud. El estudio apareció ayer en línea en Nature.
"Hemos mantenido a las bacterias en el lado ambiental de la línea que separa los factores que dan forma a nuestro desarrollo, en lugar del genético", explica el co-autor del artículo Herbert W. Virgin IV, en la información de la universidad. "Sin embargo, nuestros resultados muestran bacterias que las bacterias cruzan esa línea. Esto sugiere que podríamos tener que ampliar sustancialmente nuestra forma de pensar acerca de sus contribuciones, y tal vez las de otros microorganismos, a la genética y la herencia".
Comensales
Las bacterias son más conocidas por su papel en infecciones nocivas. Pero los científicos se han dado cuenta de que estas bacterias son sólo una pequeña fracción de las comunidades bacterianas que viven dentro y sobre nuestros cuerpos. La mayoría de las bacterias son comensales, lo que significa que no causan daño y, a menudo, confieren beneficios.
Las bacterias comensales influyen en rasgos tales como el peso y el comportamiento. Pero hasta ahora, los investigadores pensaban que las bacterias que ejercen estos efectos se adquirían durante la vida de una persona. Este estudio es el primero en demostrar que el ADN bacteriano puede pasar de padres a hijos de una manera que afecta a rasgos específicos como la inmunidad y la inflamación.
Los investigadores vincularon bacterias comensales en ratones a la susceptibilidad de los animales a una lesión en el intestino. Ratones con ciertas bacterias heredadas son susceptibles a esa lesión, que es causada por la exposición a una sustancia química. Los ratones hembra pasan las bacterias a su descendencia, haciéndolos vulnerables a la lesión. Otros, que llevan bacterias diferentes, son menos susceptibles.
En el corto plazo, los hallazgos podrían ayudar a los científicos a eliminan un error significativo de los estudios de ratones modificados genéticamente. En varios campos de investigación, los científicos han tenido que hacer frente de forma intermitente a la aparición repentina e inexplicable de rasgos nuevos o alterados en ratones. Los rasgos a menudo se propagan de un hábitat del ratón al siguiente, lo que sugiere que la culpa es de la dispersión de una infección microbiana. Pero los rasgos también pasan constantemente de madre a hijos, lo que sugiere una causa genética.
Intestino
Thaddeus Stappenbeck y Virgin, del Departamento de Patología e Inmunología, se encontraron con este problema en sus estudios de las enfermedades inflamatorias del intestino, como la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa.
Les sorprendió encontrar que aproximadamente la mitad de los ratones tenían niveles bajos en el intestino de IgA (inmunoglobulina A), un anticuerpo ligado a estos trastornos.
La IgA ayuda al cuerpo a defenderse de invasores dañinos. Está presente habitualmente en la mucosidad producida por el cuerpo en las zonas donde el mundo exterior se encuentra con el interior del cuerpo, como los ojos, la nariz, la garganta y el estómago.
Cuando los científicos juntaron ratones con niveles bajos de anticuerpos con ratones que tenían niveles altos, todos terminaron con niveles bajos en unas pocas semanas. Cuando se reprodujeron los ratones, la descendencia de madres con bajos niveles de anticuerpos tenía también niveles bajos de los mismos.
Con el tiempo, los científicos descubrieron que uno de los responsables probables de la propagación de los niveles bajos de anticuerpos es una bacteria llamada Sutterella. Esta y otras bacterias encontradas en los ratones bajos en IgA podrían explicar de dos maneras que los bajos niveles de anticuerpos se extendieran: Los ratones que vivían juntos adquirieron niveles bajos de anticuerpos a través de la propagación normal de la bacteria, y las madres de ratón pasaron esa misma bacteria a sus descendientes.
La segunda explicación implica un cambio importante de pensamiento, ya que sugiere que los rasgos afectados por las bacterias pueden pasar de la madre a su descendencia de la misma manera que los rasgos afectados por el ADN del ratón.
Demostración
Para demostrar que este cambio en los niveles de anticuerpos representa un cambio significativo en los ratones que podría ser considerado como un rasgo, los investigadores alimentaron a los ratones con una sustancia química que utilizan para caracterizar la respuesta de los intestinos a lesiones, dentro de sus estudios de enfermedades inflamatorias del intestino. En los ratones con niveles bajos de anticuerpos, el compuesto causó mucho más daño.
"Las implicaciones para los experimentos con ratones son profundas y podrían ayudar a acabar con algunas fuentes persistentes de confusión", asegura Stappenbeck. "Cuando estudiamos a los ratones, tenemos que tener en cuenta la posibilidad de que tanto las bacterias heredades como los genes puedan estar influyendo en el rasgo que estamos tratando de entender."
Según Stappenbeck, una manera de hacerlo será dejar de alojar ratones en colonias separadas. Esto ayudaría a asegurar que cualquier microbio hereditario que influya en un rasgo de interés esté presente en ambos grupos.
A largo plazo, Virgin espera que el modelo ampliado de la herencia produzca una visión más compleja, pero también mucho más perspicaz, de cómo los genes humanos, bacterianos y virales influyen en la salud humana.
Thaddeus Stappenbeck y Virgin, del Departamento de Patología e Inmunología, se encontraron con este problema en sus estudios de las enfermedades inflamatorias del intestino, como la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa.
Les sorprendió encontrar que aproximadamente la mitad de los ratones tenían niveles bajos en el intestino de IgA (inmunoglobulina A), un anticuerpo ligado a estos trastornos.
La IgA ayuda al cuerpo a defenderse de invasores dañinos. Está presente habitualmente en la mucosidad producida por el cuerpo en las zonas donde el mundo exterior se encuentra con el interior del cuerpo, como los ojos, la nariz, la garganta y el estómago.
Cuando los científicos juntaron ratones con niveles bajos de anticuerpos con ratones que tenían niveles altos, todos terminaron con niveles bajos en unas pocas semanas. Cuando se reprodujeron los ratones, la descendencia de madres con bajos niveles de anticuerpos tenía también niveles bajos de los mismos.
Con el tiempo, los científicos descubrieron que uno de los responsables probables de la propagación de los niveles bajos de anticuerpos es una bacteria llamada Sutterella. Esta y otras bacterias encontradas en los ratones bajos en IgA podrían explicar de dos maneras que los bajos niveles de anticuerpos se extendieran: Los ratones que vivían juntos adquirieron niveles bajos de anticuerpos a través de la propagación normal de la bacteria, y las madres de ratón pasaron esa misma bacteria a sus descendientes.
La segunda explicación implica un cambio importante de pensamiento, ya que sugiere que los rasgos afectados por las bacterias pueden pasar de la madre a su descendencia de la misma manera que los rasgos afectados por el ADN del ratón.
Demostración
Para demostrar que este cambio en los niveles de anticuerpos representa un cambio significativo en los ratones que podría ser considerado como un rasgo, los investigadores alimentaron a los ratones con una sustancia química que utilizan para caracterizar la respuesta de los intestinos a lesiones, dentro de sus estudios de enfermedades inflamatorias del intestino. En los ratones con niveles bajos de anticuerpos, el compuesto causó mucho más daño.
"Las implicaciones para los experimentos con ratones son profundas y podrían ayudar a acabar con algunas fuentes persistentes de confusión", asegura Stappenbeck. "Cuando estudiamos a los ratones, tenemos que tener en cuenta la posibilidad de que tanto las bacterias heredades como los genes puedan estar influyendo en el rasgo que estamos tratando de entender."
Según Stappenbeck, una manera de hacerlo será dejar de alojar ratones en colonias separadas. Esto ayudaría a asegurar que cualquier microbio hereditario que influya en un rasgo de interés esté presente en ambos grupos.
A largo plazo, Virgin espera que el modelo ampliado de la herencia produzca una visión más compleja, pero también mucho más perspicaz, de cómo los genes humanos, bacterianos y virales influyen en la salud humana.
Referencia bibliográfica:
Clara Moon, Megan T. Baldridge, Meghan A. Wallace, Carey-Ann D. Burnham, Herbert W. Virgin, Thaddeus S. Stappenbeck: Vertically transmitted faecal IgA levels determine extra-chromosomal phenotypic variation. Nature (2015). DOI: 10.1038/nature14139.
Clara Moon, Megan T. Baldridge, Meghan A. Wallace, Carey-Ann D. Burnham, Herbert W. Virgin, Thaddeus S. Stappenbeck: Vertically transmitted faecal IgA levels determine extra-chromosomal phenotypic variation. Nature (2015). DOI: 10.1038/nature14139.