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Mira lo que hay dentro de ti. Cómo los microbios que viven en nuestro cuerpo determinan nuestra salud y nuestra personalidad (2016) RTF,FB2,EPUB,MOBI Mira lo que hay dentro de ti fb2

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Nombre: Mira lo que hay dentro de ti. Cómo los microbios que viven en nuestro cuerpo determinan nuestra salud y nuestra personalidad (2016) RTF,FB2,EPUB,MOBI

Año de lanzamiento: 2016

Editor: Corpus (AST)

Formato: RTF,FB2,EPUB,MOBI

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Tamaño: 10,3MB

Descripción del libro "Descarga gratis Mira lo que hay dentro de ti. Cómo los microbios que viven en nuestro cuerpo determinan nuestra salud y nuestra personalidad (2016) RTF,FB2,EPUB,MOBI"

Rob Caballero
Editor: Corpus (AST)
Serie: libros TED
ISBN: 978-5-17-091312-1
Género: Literatura educativa, literatura de divulgación científica.
Formato: RTF,FB2,EPUB,MOBI
Calidad: Originalmente electrónico (ebook)
Ilustraciones: De colores
Tamaño 10,3MB

Descripción: Vivimos en una era de verdadera revolución en microbiología. Nuevas tecnologías permitió a los científicos sumergirse en el mundo de las criaturas microscópicas que habitan nuestros cuerpos y hacer descubrimientos asombrosos en este mundo. Resulta que los microbios, que viven en cantidades increíbles en casi todos los rincones de nuestro cuerpo, juegan un papel mucho más importante de lo que pensábamos: de ellos no sólo depende nuestra salud física, sino que determinan nuestro estado de ánimo, nuestros gustos y nuestra propia personalidad. . Conocemos estos avances científicos de primera mano: el autor del libro, Rob Knight, es uno de los principales microbiólogos modernos que crea la ciencia del futuro ante nuestros ojos.

El enorme impacto de los microbios diminutos

ROB CABALLERO

CON BRENDAN BUHLER

TED, el logotipo de TED y TED Books son marcas comerciales de TED Conferences, LLC

TED BOOKS y colofón son marcas registradas de TED Conferences, LLC

Diseño de portada e interior por MGMT. diseño Ilustraciones de Olivia de Salve Villedieu

Editorial CORPUS ®

* * *

A mis padres, Alison y John, con gratitud por sus genes, sus ideas y sus microbios.

Prefacio

Sabemos quién es usted: un ser humano, un animal de dos patas con infinitas posibilidades mentales, heredero de todas las cosas, que nunca ha leído completamente un acuerdo de usuario único; simplemente marque la casilla correcta. Ahora encuéntrame, eres tú también: billones de pequeñas criaturas que viven en tus ojos, oídos y vastas propiedades llamadas intestinos. Y este microcosmos interior puede cambiar tu comprensión de tus enfermedades, de tu salud y de ti mismo.

Gracias a las nuevas tecnologías (muchas de ellas desarrolladas en los últimos años), los científicos ahora saben más que nunca sobre las formas de vida microscópicas que hay dentro de nosotros. Y lo que aprendemos es asombroso. Estos organismos unicelulares, los microbios, resultaron no sólo ser mucho más numerosos de lo que pensábamos, sino que viven en cantidades increíbles en casi todos los rincones de nuestro cuerpo y desempeñan un papel mucho más importante de lo que jamás podríamos imaginar: muchos aspectos de De ellos depende nuestra vida e incluso nuestra personalidad.

El conjunto de criaturas microscópicas a las que nuestro cuerpo les sirve de hogar se denomina microbiota humana (a veces también microflora y microfauna), y el conjunto de sus genes es el microbioma humano. Y, como suele ocurrir con los descubrimientos científicos, nuevos hechos sobre el micromundo nos obligan a humillar nuestro ego. La astronomía ya nos ha explicado que nuestro planeta no es en absoluto el centro del Universo; la evolución nos ha enseñado que el hombre es sólo una más de las especies animales. Mapear el microbioma humano nos enseña que en la casa de nuestro cuerpo, nuestra propia voz se ahoga en un coro de formas de vida independientes (e interdependientes) con sus propias aspiraciones y agendas.

¿Cuántos microorganismos hay dentro de nosotros? Estás formado por unos diez billones de células humanas, pero tu cuerpo contiene unos cien billones de células microbianas. 1
Cabe señalar que el último informe de la Academia Estadounidense de Microbiología reduce esta proporción a 3:1, debido principalmente a un aumento en el número de células humanas contabilizadas.

Pero en cualquier caso la superioridad numérica está del lado de los microbios. Ver: http://academy.asm.org/index.php/faq-series/5122humanmicrobiome.

. Es decir, tú, en gran medida, no eres tú.

Pero esto no significa que una persona sea solo un contenedor para pequeñas criaturas que accidentalmente entran en su cuerpo y propagan enfermedades. De hecho, vivimos en equilibrio con toda la comunidad de microorganismos que nos habitan. Su papel no se limita al de pasajeros pasivos: participan en procesos vitales fundamentales, incluida la digestión, las respuestas inmunitarias e incluso el comportamiento.

La colección de microbios dentro de nosotros representa algo así como una amalgama de diferentes comunidades. Diferentes grupos de especies habitan en diferentes partes del cuerpo y cada una tiene funciones especializadas. Los microbios que viven en la boca son diferentes a los que viven en la piel o en los intestinos. No somos sólo individuos; cada uno de nosotros es un ecosistema.

La diversidad de microorganismos ayuda a explicar incluso características individuales que estamos acostumbrados a atribuir al azar o a la mala suerte. Digamos por qué algunos de nosotros amamos tanto a los mosquitos. Por ejemplo, estos pequeños demonios apenas me muerden, mientras vuelan hacia mi amiga Amanda como las abejas hacia la miel. Resulta que algunos de nosotros en realidad sabe mejor a los mosquitos, y razón principal Ese “apetito” selectivo son las diferencias en la composición de las comunidades microbianas que viven en nuestra piel (más sobre esto en el Capítulo 1).

Y eso no es todo: la variedad de microbios que viven en nosotros es simplemente asombrosa. Probablemente hayas oído que, en comparación con el ADN, los humanos somos todos iguales: nuestro genoma es 99,99% idéntico al genoma de cualquier otra persona, por ejemplo el de tu vecino. Pero esto no se aplica a la microflora de tus intestinos: sólo el 10% de los microbios pueden ser iguales.

Esto puede explicar las enormes diferencias entre las personas, desde diferencias de peso hasta alergias diferentes, desde la probabilidad de enfermarse hasta el nivel de ansiedad. Apenas estamos comenzando a sistematizar –y comprender– este vasto microcosmos, pero las conclusiones de los primeros estudios ya son sorprendentes.

La infinita diversidad del mundo microbiano es especialmente impresionante si se tiene en cuenta que hace apenas cuarenta años no teníamos idea de cuán numerosos son los organismos unicelulares y la increíble cantidad de especies que contienen. Antes de esto, los principios básicos de la clasificación de los organismos vivos se basaban en el libro de Charles Darwin "El origen de las especies", publicado en 1859. 2
Disponible en línea: Proyecto Gutenberg, www.gutenberg.org/files/1228/1228-h/1228-h.htm.

Darwin describió un árbol de la evolución, agrupando todos los organismos según características físicas comunes: pinzones de pico corto, pinzones de pico largo, etc.; y durante mucho tiempo este principio siguió siendo la base de la clasificación y la taxonomía.

Las ideas tradicionales sobre la vida se basaban en lo que las personas podían ver en el mundo que las rodeaba, a simple vista o mediante un microscopio. Los organismos más grandes se dividieron en plantas, animales y hongos. Los organismos unicelulares restantes se dividieron en dos grandes categorías: protistas (protozoos) y bacterias. En lo que respecta a plantas, animales y hongos, teníamos razón. Pero nuestras ideas sobre los organismos unicelulares resultaron ser completamente erróneas.

En 1977, los microbiólogos estadounidenses Carl Woese y George E. Fox propusieron una nueva versión del “árbol de la vida”, basándose en una comparación diversas formas vida a nivel celular utilizando ácido ribonucleico ribosómico, un pariente del ADN que está presente en cada célula y participa en la síntesis de proteínas. La imagen era impresionante. Woese y Fox descubrieron que los organismos unicelulares son más diversos que todas las plantas y animales juntos. Al final resultó que, animales, plantas, hongos; todas las personas, medusas, escarabajos peloteros; cualquier hilo de algas, cualquier parche de musgo, las secuoyas de California que se elevan hacia arriba; Todos los líquenes y hongos del bosque, todos los seres vivos que vemos a nuestro alrededor, son solo tres procesos al final de una rama del árbol evolutivo. Sus principales habitantes son organismos unicelulares: bacterias, arqueas (que fueron identificadas por primera vez como un grupo separado por Woese y Fox), levaduras y algunas otras formas de vida.

Sólo en los últimos años se ha producido un gran avance en la comprensión de la microvida dentro de nosotros, algo que debemos a las nuevas tecnologías, en particular a la mejora de la secuenciación del ADN y a la explosión de la potencia informática. Hoy, mediante un proceso llamado secuenciación de próxima generación, podemos tomar muestras de células de diferentes partes del cuerpo, analizar rápidamente el ADN microbiano que contienen, compararlo y combinarlo con información de otros órganos, para identificar las miles de especies de microorganismos. que llaman a nuestros cuerpos hogar. De esta manera descubrimos bacterias, arqueas, levaduras y otros organismos unicelulares (en particular eucariotas) cuyos genomas combinados son más largos que los nuestros.

Pues bien, los nuevos algoritmos informáticos, a su vez, simplifican y facilitan enormemente la interpretación de esta información genética. En particular, ahora podemos crear un mapa microbiano del cuerpo, lo que nos permitirá comparar comunidades de microorganismos en diferentes partes del cuerpo y en diferentes personas. Gran parte de esta información se obtuvo en el marco del Proyecto Microbioma Humano ( Proyecto Microbioma Humano), realizado bajo los auspicios de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. ( Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., NIH). El estudio costó 170 millones de dólares y en él participaron más de doscientos científicos que han recopilado y analizado al menos 4,5 terabytes de datos hasta la fecha. Y esto es sólo el principio; otros proyectos internacionales, como el “Estudio de la composición de la biota del tracto gastrointestinal humano” ( Metagenómica del Consorcio del Tracto Intestinal Humano, MetaHIT), agregando y analizando constantemente nuevos datos.

El coste de estas pruebas está bajando constantemente, gracias a lo cual cada vez más personas pueden realizar un censo completo de los microbios que viven en sus cuerpos. Hace diez años, habrías tenido que pagar cien millones de dólares para que analizaran tu microbioma. Hoy en día, esa información cuesta sólo cien dólares, tan barata que los médicos pronto ordenarán este tipo de pruebas como procedimiento médico de rutina.

Pero, ¿por qué los médicos se interesan por la composición de su microbioma? Porque cada vez surgen más investigaciones que muestran una conexión entre nuestros microbios y muchas de nuestras enfermedades, como la obesidad, la artritis, el autismo e incluso la depresión. Y esta conexión, a su vez, abre inmediatamente nuevas perspectivas de tratamiento.

Lo que no afecta a nuestro microbioma: los medicamentos, la dieta, el número de parejas sexuales, ¡incluso si eres el primer hijo de tus padres! Al leer las siguientes páginas, verá que los microorganismos están profundamente involucrados en casi todos los aspectos de nuestras vidas. Realmente nos obligan a mirar de otra manera la pregunta: “¿Qué significa ser humano?”

1. Microorganismos de nuestro cuerpo.

Entonces, intentemos estimar cuántos microbios viven dentro de nosotros.

Si contamos por masa, entonces en el cuerpo de un adulto hay en promedio alrededor de un kilogramo y medio. Esto hace que su microbiota sea uno de los órganos más grandes, rivalizando con el cerebro en peso y solo un poco más pequeño que el hígado.

Ya sabemos que, en términos de número absoluto de células, los microorganismos superan a los humanos en una proporción de diez a uno. ¿Y si comparamos nuestro ADN? Cada uno de nosotros tiene aproximadamente veinte mil genes humanos. Y al mismo tiempo, portamos de dos a veinte millones de genes microbianos. ¡Esto significa, por desgracia, que desde un punto de vista genético somos al menos un 99% de microbios!

Para que te resulte menos ofensivo, míralo desde el punto de vista de la complejidad de la estructura humana. Cada célula humana contiene muchos más genes que las células microbianas. Simplemente hay tantos microbios en tu cuerpo que la suma de todos sus genes supera los tuyos.

Los organismos que viven dentro y sobre nosotros son muy diversos. La mayoría de ellos (pero no todos) son unicelulares. Representan las tres ramas principales del árbol evolutivo. En los intestinos viven representantes del reino Archaea, organismos unicelulares que no tienen núcleo; los más comunes son los metanógenos, que existen sin oxígeno, ayudan a digerir los alimentos y producen gas metano (las vacas también los tienen).

Luego vienen los eucariotas: hongos y levaduras que causan micosis cutánea, que crean colonias en la vagina y, a veces, en los intestinos. Pero las bacterias dominan por encima de todo, por ejemplo, Escherichia coli ( Escherichia coli), E. coli, que asociamos principalmente con la indigestión que se produce debido a verduras mal lavadas. Sin embargo, en nuestro interior casi siempre hay variedades inofensivas y beneficiosas de esta bacteria.

Y cada día, gracias a las nuevas tecnologías, aprendemos que este mundo es aún más diverso de lo que pensábamos. Es como si cruzáramos el océano con una red de arrastre de mallas muy grandes y luego, después de examinar la captura, concluimos que las únicas personas en el mar son las ballenas y los calamares gigantes. Ahora hemos descubierto que la vida dentro de nosotros es mucho más diversa. Por ejemplo, podrías suponer que dos bacterias del intestino que atacaron tu último sándwich son muy similares entre sí, como, por ejemplo, las anchoas o las sardinas. Pero en realidad no tienen más en común que el pepino de mar (holoturio) y el gran tiburón blanco: son dos criaturas con comportamiento, alimentación y funciones ecológicas completamente diferentes.

Entonces, ¿dónde están todos nuestros microbios y cuál es su función? Para descubrirlo, hagamos un recorrido por nuestro cuerpo.

Cuero

Dicen que Napoleón, al regresar de una campaña militar, escribió a la emperatriz Josefina: “Estaré en París mañana por la tarde. No te bañes”. Prefería el aroma natural de su adorada esposa, y uno concentrado. Pero ¿por qué cuando nos quedamos sin jabón, desodorantes, polvos y perfumes durante un tiempo empezamos a oler tan mal? Principalmente por los microbios que se alimentan de nuestras secreciones y las hacen aún más olorosas.

Como ya se señaló, los insectos chupadores de sangre. en realidad Prefieren los olores de unas personas a los de otras, y los microbios tienen la culpa de ello. Descomponen sustancias secretadas por la piel en compuestos volátiles que pueden gustar o no a los mosquitos. Además diferentes tipos Los mosquitos prefieren diferentes partes de nuestro cuerpo. Por ejemplo, para Anofeles gambiae, uno de los principales portadores de malaria, lo más atractivo no es el olor de las axilas, sino el de las manos y los pies.

Esto plantea una solución tentadora: si frotas un antibiótico en la piel de tus manos y pies, puedes prevenir los ataques de este tipo de mosquitos, porque al matar los gérmenes, matas el olor.

Los microbios que viven en nuestra piel, como todos los demás microbios, no necesariamente existen específicamente para nuestro beneficio. Pero ellos, como residentes concienzudos, realmente nos ayudan mucho: simplemente por el hecho de vivir en nosotros, evitan que otros microbios dañinos nos infecten. Diferentes áreas de la piel están habitadas por diferentes microbios, y la diversidad (el número de especies) no es necesariamente proporcional al número de microbios presentes en un área particular. A veces es todo lo contrario. Para usar una analogía con Estados Unidos, imaginemos que Vermont (con una población de 600.000 habitantes) es tan étnicamente diverso como Los Ángeles (diez millones de personas), y que Los Ángeles se ha vuelto tan monoétnico como Vermont. Hay una gran cantidad de microbios en la frente y debajo de los brazos, pero de relativamente pocos tipos; y viceversa, en las manos (palmas y antebrazos) hay relativamente pocos microbios, pero muy diversos 4
E. A. Grice et al., "Diversidad topográfica y temporal del microbioma de la piel humana", Ciencia 324, núm. 5931 (29 de mayo de 2009): 1190–92; E. K. Costello et al., "Variación de la comunidad bacteriana en los hábitats del cuerpo humano en el espacio y el tiempo", Ciencia 326, núm. 5960 (18 de diciembre de 2009): 1694–97.

Las comunidades microbianas en las manos de las mujeres tienden a ser más diversas que las de los hombres, y esta diferencia persiste a pesar del lavado de manos, lo que sugiere que la razón, aunque aún desconocida, radica en diferencias biológicas. 5
F. R. Blattner et al., "La secuencia completa del genoma de Escherichia Coli K-12", Ciencia 277, núm. 5331 (5 de septiembre de 1997): 1453–62.

Wallace, un contemporáneo de Darwin que desarrolló simultánea e independientemente la doctrina de la selección natural, trazó una línea que atraviesa la Indonesia y Malasia modernas y separa la fauna asiática (monos y rinocerontes) de la fauna australiana (cacatúas y canguros). Firer y yo nos preguntamos si podríamos dibujar la misma “línea Wallace” en el teclado de una computadora entre las teclas G y H, una línea que, en teoría, separaría las mitades del teclado con poblaciones microbianas claramente distintas. También queríamos ver si habría más tipos de microbios en la barra espaciadora, simplemente porque es mucho más larga que todas las demás.

Nuestros resultados confirmaron la existencia de una especie de “línea Wallace”, pero encontramos algo mucho más sorprendente: cada dedo y su tecla correspondiente tenían aproximadamente la misma comunidad microbiana. También pudimos identificar a los propietarios de un mouse de computadora utilizando el perfil microbiano de la palma con una precisión del 90%. 7
N. Fierer et al., "Identificación forense utilizando comunidades bacterianas de la piel", 107, núm. 14 (6 de abril de 2010): 6477–81.

La comunidad microbiana en tu mano es muy diferente de comunidades similares de otras personas (en términos de diversidad de especies, en un promedio del 85%), lo que significa que cada uno de nosotros, además de las habituales, también tiene huellas dactilares microbianas.

Fuimos más allá y realizamos experimentos para descubrir cuántas veces es necesario tocar un objeto para dejar una marca microbiana distintiva. Esta investigación aún está demasiado incompleta para ser utilizada en los tribunales. Pero en la televisión, digamos, se aceptan estándares de evidencia más simplificados, por lo que poco después de que publicamos un artículo sobre este tema, se mostró otro episodio de la serie "Crime Scene: Miami", donde la trama se basó en un examen forense de una huella microbiana 8
“Escena del crimen: Miami”: “ CSI Miami Temporada 9”, Wikipedia, http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_CSI:_Miami_episodes#Season_9:_2010.E2.80.932011.

Mientras tanto, el microbiólogo forense David Carter se mudó de Nebraska a Hawaii para establecer allí un “santuario corporal”. "¿Lo que es?" - Usted preguntará, los criminólogos a menudo se enfrentan a la tarea de determinar cuánto tiempo hace que ocurrió la muerte de la persona cuyo cadáver están examinando. En la “reserva” Carter se guardan en diversas condiciones los cuerpos de los fallecidos, donados por familiares y diversas instituciones. 9
Para una introducción muy educativa y entretenida al “jardín de nuestros cuerpos”, consulte: Mary Roach, Stiff: Las curiosas vidas de los cadáveres humanos. Nueva York: WW Norton, 2004.

Y los científicos analizan constantemente la velocidad de su descomposición. Al mismo tiempo, se observa una sorprendente continuidad de las comunidades microbianas. Así como en la roca desnuda aparecen primero colonias de líquenes, luego, sucesivamente, musgos, hierbas, malas hierbas, arbustos y, finalmente, árboles, el proceso de descomposición también se produce en un orden determinado.

Jessica Metcalf, postdoctorada en mi laboratorio de la Universidad de Colorado Boulder, creó su propio “santuario corporal” en miniatura utilizando cuarenta ratones muertos (habían muerto durante otros experimentos para desarrollar medicamentos para tratar enfermedades cardiovasculares y cáncer). Jessica descubrió que podía determinar correctamente la hora de la muerte en un plazo de tres días. Este es aproximadamente el mismo error que el método de insectos utilizado actualmente. 10
Meagan B. Gallagher, Sonia Sandhu y Robert Kimsey, “Variación en el tiempo de desarrollo para poblaciones geográficamente distintas de la mosca verde común de la botella, Lucilia sericata (Meigen)”, Revista de Ciencias Forenses 55, núm. 2 (marzo de 2010): 438–42.

¿Por qué entonces necesitamos un método microbiológico?

Respuesta: los insectos aún no han encontrado un cadáver, mientras que los microorganismos siempre están ahí, y esto puede ser útil en los casos en que no hay insectos en la escena del crimen.

Nariz y pulmones

El siguiente punto de nuestro recorrido por el cuerpo será la nariz. Ciertos tipos de microbios viven en las fosas nasales humanas, incluido Staphylococcus aureus ( Estafilococo aureus), que causa infecciones estafilocócicas en los hospitales. Por lo tanto, las personas sanas parecen ser a menudo el hogar de microbios peligrosos. Creemos que en este caso la explicación puede ser la siguiente: otras bacterias que viven en nuestra nariz no permiten que Staphylococcus aureus se apodere, o mejor dicho, se apodere de la nariz. Otra observación interesante: ambiente Influye mucho en qué tipos de microorganismos se instalan en nuestra nariz. Los niños con una población microbiana nasal más diversa, como los que viven en zonas rurales cerca de animales, tienen menos probabilidades de desarrollar asma y alergias en el futuro. 11
O. S. Von Ehrenstein et al., "Riesgo reducido de fiebre del heno y asma entre hijos de agricultores", Alergia clínica y experimental: Revista de la Sociedad Británica de Alergia e Inmunología Clínica 30, núm. 2 (febrero de 2000): 187–93; E. von Mutius y D. Vercelli, "Vida en la granja: efectos sobre el asma y la alergia infantil", Naturaleza Reseñas Inmunología 10, núm. 12 (diciembre de 2010): 861–68.

Resulta que a veces es útil jugar en el barro.

Cuando bajamos a los pulmones, normalmente solo encontramos bacterias muertas. 12
E. S. Charlson et al., "Evaluación de poblaciones bacterianas en el pulmón mediante análisis replicados de muestras de las vías respiratorias superiores e inferiores", Más uno 7, núm. 9 (2012): e42786; E. S. Charlson et al., "Continuidad topográfica de poblaciones bacterianas en el tracto respiratorio humano sano",

La superficie interna de los pulmones, donde está expuesto el aire, contiene un cóctel de péptidos antimicrobianos: pequeñas proteínas que matan instantáneamente las bacterias que ingresan allí. Sin embargo, en los pulmones de pacientes con fibrosis quística o con el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) a veces se encuentran microorganismos peligrosos que contribuyen al desarrollo de enfermedades pulmonares. 13
J. K. Harris et al., "Identificación molecular de bacterias en el líquido de lavado broncoalveolar de niños con fibrosis quística", Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América 104, núm. 51 (18 de diciembre de 2007): 20529–33.

Los científicos todavía discuten sobre si cada uno de nosotros tiene una comunidad separada de microbios en la garganta o si solo existen los microbios que provienen de la boca. 14
E. S. Charlson et al., "Continuidad topográfica de poblaciones bacterianas en el tracto respiratorio humano sano", Revista Estadounidense de Medicina Respiratoria y de Cuidados Críticos 184, núm. 8 (15 de octubre de 2011): 957–63.

Sin embargo, ya se sabe que los microbios en la garganta de los fumadores son diferentes a los de los no fumadores, lo que probablemente sugiere que fumar es perjudicial no sólo para nosotros mismos, sino también para las criaturas que viven en nuestro interior. 15
A. Morris et al., “Comparación del microbioma respiratorio en fumadores y no fumadores sanos”. Revista Estadounidense de Medicina Respiratoria y de Cuidados Críticos 187, núm. 10 (15 de mayo de 2013): 1067–75.

Boca y estomago

Lo más probable es que sólo haya oído hablar de las bacterias orales dañinas, las que causan enfermedades de las encías y los dientes. Uno de ellos, el estreptococo mutans ( estreptococo mutans), es la misma criatura que destruye nuestros dientes. Apareció, aparentemente, en relación con el desarrollo de la agricultura. 16
O. E. Cornejo et al., “Genómica evolutiva y poblacional de la bacteria causante de la cavidad Streptococcus mutans”, Biología molecular y evolución 30, núm. 4 (abril de 2013): 881–93.

Cuando la dieta de nuestros antepasados estaba fuertemente enriquecida con carbohidratos, especialmente azúcares.

Al igual que las ratas que domesticamos y alimentamos con nuestros desechos sin darnos cuenta, algunas bacterias han aprendido a vivir en nuestros cuerpos. Afortunadamente, la mayoría de las bacterias "domesticadas" son beneficiosas: forman una biopelícula que mantiene alejadas a las bacterias "malas". Los microbios orales pueden incluso ayudar a regular la presión arterial al relajar las arterias mediante la liberación de óxido nítrico (un pariente del óxido nitroso que se encuentra en el sillón del dentista).

Otro tipo, la varita de Plaut ( Fusobacterium nucleatum), por regla general, está presente en la boca de una persona sana, pero también puede contribuir al desarrollo de la enfermedad periodontal. 17
J. Slots, "La microflora cultivable predominante de la periodontitis avanzada", Revista escandinava de investigación dental 85, núm. 2 (enero/febrero de 1977): 114–21.

. F. nucleatum Es de interés porque estas bacterias se encuentran dentro de los tumores de colon. 18
M. Castellarin et al., “La infección por Fusobacterium Nucleatum es frecuente en el carcinoma colorrectal humano”, Investigación del genoma 22, núm. 2 (febrero de 2012): 299–306; M. R. Rubinstein et al., “Fusobacterium Nucleatum promueve la carcinogénesis colorrectal mediante la modulación de la señalización de E-cadherina/betacatenina a través de su adhesina FadA”. Huésped celular y microbio 14, núm. 2 (14 de agosto de 2013): 195–206; A. D. Kostic et al., "Fusobacterium Nucleatum potencia la tumorigénesis intestinal y modula el microambiente inmune al tumor". Huésped celular y microbio 14 (2013): 207-15; R. L. Warren et al., “Co-ocurrencia de bacterias anaeróbicas en carcinomas colorrectales”, microbioma 1, núm. 1 (15 de mayo de 2013): 16; L. Flanagan et al., "Fusobacterium Nucleatum se asocia con las etapas del desarrollo de la neoplasia colorrectal, el cáncer colorrectal y el resultado de la enfermedad". Revista Europea de Microbiología Clínica y Enfermedades Infecciosas: Publicación oficial de la Sociedad Europea de Microbiología Clínica 33, núm. 8 (agosto de 2014): 1381–90.

Pero aún no sabemos si esto es una causa o una consecuencia: o F. nucleatum causa cáncer, o es simplemente una reacción a las condiciones en las que se desarrolla el tumor.

El enorme impacto de los microbios diminutos

ROB CABALLERO

CON BRENDAN BUHLER

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A mis padres, Alison y John, con gratitud por sus genes, sus ideas y sus microbios.

Prefacio

¿Cuántos microorganismos hay dentro de nosotros? Estás formado por unos diez billones de células humanas, pero tu cuerpo contiene unos cien billones de células microbianas. Es decir, tú, en gran medida, no eres tú.

La diversidad de microorganismos ayuda a explicar incluso características individuales que estamos acostumbrados a atribuir al azar o a la mala suerte. Digamos por qué algunos de nosotros amamos tanto a los mosquitos. Por ejemplo, estos pequeños demonios apenas me muerden, mientras vuelan hacia mi amiga Amanda como las abejas hacia la miel. Resulta que algunos de nosotros en realidad Más sabroso desde el punto de vista de los mosquitos, y la razón principal de este "apetito" selectivo son las diferencias en la composición de las comunidades microbianas que viven en nuestra piel (más sobre esto en el Capítulo 1).

La infinita diversidad del mundo microbiano es especialmente impresionante si se tiene en cuenta que hace apenas cuarenta años no teníamos idea de cuán numerosos son los organismos unicelulares y la increíble cantidad de especies que contienen. Antes de esto, los principios básicos para la clasificación de los organismos vivos se basaban en el libro de Charles Darwin “El origen de las especies”, publicado en 1859. Darwin describió un árbol de la evolución, agrupando todos los organismos según características físicas comunes: pinzones de pico corto, pinzones de pico largo, etc.; y durante mucho tiempo este principio siguió siendo la base de la clasificación y la taxonomía.

Vivimos en una era de verdadera revolución en microbiología. Las últimas tecnologías han permitido a los científicos sumergirse en el mundo de las criaturas microscópicas que habitan nuestros cuerpos y hacer descubrimientos asombrosos en este mundo. Resulta que los microbios, que viven en cantidades increíbles en casi todos los rincones de nuestro cuerpo, juegan un papel mucho más importante de lo que pensábamos: de ellos no sólo depende nuestra salud física, sino que determinan nuestro estado de ánimo, nuestros gustos y nuestra propia personalidad. . Conocemos estos avances científicos de primera mano: el autor del libro, Rob Knight, es uno de los principales microbiólogos modernos que crea la ciencia del futuro ante nuestros ojos.

Una serie: Libros TED

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por litros empresa.

1. Microorganismos de nuestro cuerpo.

Entonces, intentemos estimar cuántos microbios viven dentro de nosotros.

Entonces, ¿dónde están todos nuestros microbios y cuál es su función? Para descubrirlo, hagamos un recorrido por nuestro cuerpo.

Los científicos todavía están intentando, perdón por el juego de palabras, descubrir para qué sirve la actividad de las criaturas que viven en nuestro órgano más extenso: la piel. Una cosa es segura: contribuyen a la formación de nuestro olor corporal, incluidos aquellos componentes de este olor que atraen a los mosquitos. Como ya se señaló, los insectos chupadores de sangre. en realidad Prefieren los olores de unas personas a los de otras, y los microbios tienen la culpa de ello. Descomponen sustancias secretadas por la piel en compuestos volátiles que pueden gustar o no a los mosquitos. Además, diferentes tipos de mosquitos prefieren diferentes partes de nuestro cuerpo. Por ejemplo, para Anofeles gambiae, uno de los principales portadores de malaria, lo más atractivo no es el olor de las axilas, sino el de las manos y los pies.

Esto plantea una solución tentadora: si frotas un antibiótico en la piel de tus manos y pies, puedes prevenir los ataques de este tipo de mosquitos, porque al matar los gérmenes, matas el olor.

Los microbios que viven en nuestra piel, como todos los demás microbios, no necesariamente existen específicamente para nuestro beneficio. Pero ellos, como residentes concienzudos, realmente nos ayudan mucho: simplemente por el hecho de vivir en nosotros, evitan que otros microbios dañinos nos infecten. Diferentes áreas de la piel están habitadas por diferentes microbios, y la diversidad (el número de especies) no es necesariamente proporcional al número de microbios presentes en un área particular. A veces es todo lo contrario. Para usar una analogía con Estados Unidos, imaginemos que Vermont (con una población de 600.000 habitantes) es tan étnicamente diverso como Los Ángeles (diez millones de personas), y que Los Ángeles se ha vuelto tan monoétnico como Vermont. Hay una gran cantidad de microbios en la frente y debajo de los brazos, pero de relativamente pocos tipos; y viceversa, en las manos (palmas y antebrazos) hay relativamente pocos microbios, pero muy diversos. Las comunidades microbianas en las manos de las mujeres tienden a ser más diversas que las de los hombres, y esta diferencia persiste a pesar del lavado de manos, lo que sugiere que la causa, aunque aún desconocida, radica en diferencias biológicas.

Es más, descubrimos que los microbios que viven en tu mano izquierda son diferentes a los de tu derecha. Puede frotarse las manos, aplaudir y tocar las mismas superficies con ambas manos; cada uno desarrollará una comunidad microbiana distinta. Este hecho nos inspiró al profesor Noah Firer de la Universidad de Colorado Boulder y a mí a intentar reproducir uno de los descubrimientos más famosos de la biología general. En un momento, tratando de explicar la distribución y distribución de organismos en islas aisladas y la relación entre la diversidad de especies y el territorio ocupado, el biólogo y antropólogo británico Alfred Russel Wallace, junto con otros científicos, desarrollaron una compleja teoría de la biogeografía. Wallace, un contemporáneo de Darwin que desarrolló simultánea e independientemente la doctrina de la selección natural, trazó una línea que atraviesa la Indonesia y Malasia modernas y separa la fauna asiática (monos y rinocerontes) de la fauna australiana (cacatúas y canguros). Firer y yo nos preguntamos si podríamos dibujar la misma “línea Wallace” en el teclado de una computadora entre las teclas G y H, una línea que, en teoría, separaría las mitades del teclado con poblaciones microbianas claramente distintas. También queríamos ver si habría más tipos de microbios en la barra espaciadora, simplemente porque es mucho más larga que todas las demás.

Nuestros resultados confirmaron la existencia de una especie de “línea Wallace”, pero encontramos algo mucho más sorprendente: cada dedo y su tecla correspondiente tenían aproximadamente la misma comunidad microbiana. También pudimos identificar a los propietarios de un mouse de computadora utilizando el perfil microbiano de la palma con una precisión del 90%. La comunidad microbiana en tu mano es muy diferente de comunidades similares de otras personas (en términos de diversidad de especies, en un promedio del 85%), lo que significa que cada uno de nosotros, además de las habituales, también tiene huellas dactilares microbianas.

Mientras tanto, el microbiólogo forense David Carter se mudó de Nebraska a Hawaii para establecer allí un “santuario corporal”. "¿Lo que es?" - Usted preguntará, los criminólogos a menudo se enfrentan a la tarea de determinar cuánto tiempo hace que ocurrió la muerte de la persona cuyo cadáver están examinando. En la "reserva" de Carter, los cuerpos de los fallecidos, donados por familiares y diversas instituciones, se almacenan en diversas condiciones, y los científicos analizan constantemente el ritmo de su descomposición. Al mismo tiempo, se observa una sorprendente continuidad de las comunidades microbianas. Así como en la roca desnuda aparecen primero colonias de líquenes, luego, sucesivamente, musgos, hierbas, malas hierbas, arbustos y, finalmente, árboles, el proceso de descomposición también se produce en un orden determinado.

Jessica Metcalf, postdoctorada en mi laboratorio de la Universidad de Colorado Boulder, creó su propio “santuario corporal” en miniatura utilizando cuarenta ratones muertos (habían muerto durante otros experimentos para desarrollar medicamentos para tratar enfermedades cardiovasculares y cáncer). Jessica descubrió que podía determinar correctamente la hora de la muerte en un plazo de tres días. Este es aproximadamente el mismo error que el método de insectos utilizado actualmente. ¿Por qué entonces necesitamos un método microbiológico?

Respuesta: los insectos aún no han encontrado un cadáver, mientras que los microorganismos siempre están ahí, y esto puede ser útil en los casos en que no hay insectos en la escena del crimen.

Nariz y pulmones

El siguiente punto de nuestro recorrido por el cuerpo será la nariz. Ciertos tipos de microbios viven en las fosas nasales humanas, incluido Staphylococcus aureus ( Estafilococo aureus), que causa infecciones estafilocócicas en los hospitales. Por lo tanto, las personas sanas parecen ser a menudo el hogar de microbios peligrosos. Creemos que en este caso la explicación puede ser la siguiente: otras bacterias que viven en nuestra nariz no permiten que Staphylococcus aureus se apodere, o mejor dicho, se apodere de la nariz. Otra observación interesante: el medio ambiente influye mucho en qué tipos de microorganismos se instalan en nuestra nariz. Los niños con una población microbiana nasal más diversa, como los que viven en zonas rurales cerca de animales, tienen menos probabilidades de desarrollar asma y alergias en el futuro. Resulta que a veces es útil jugar en el barro.

Cuando bajamos a los pulmones, normalmente sólo encontramos bacterias muertas. La superficie interna de los pulmones, donde está expuesto el aire, contiene un cóctel de péptidos antimicrobianos: pequeñas proteínas que matan instantáneamente las bacterias que ingresan allí. Sin embargo, en los pulmones de pacientes con fibrosis quística o con el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) a veces se encuentran microorganismos peligrosos que contribuyen al desarrollo de enfermedades pulmonares.

Los científicos todavía están debatiendo si cada uno de nosotros tiene una comunidad separada de microbios en la garganta o si allí solo están presentes los microbios que provienen de la boca. Sin embargo, ya se sabe que los microbios en la garganta de los fumadores son diferentes de los de los no fumadores, lo que probablemente sugiere que fumar es perjudicial no sólo para nosotros mismos, sino también para las criaturas que viven en nuestro interior.

Boca y estomago

Lo más probable es que sólo haya oído hablar de las bacterias orales dañinas, las que causan enfermedades de las encías y los dientes. Uno de ellos, el estreptococo mutans ( estreptococo mutans), es la misma criatura que destruye nuestros dientes. Apareció, aparentemente, en relación con el desarrollo de la agricultura, cuando la dieta de nuestros antepasados se enriqueció enormemente con carbohidratos, especialmente azúcares.

Otro tipo, la varita de Plaut ( Fusobacterium nucleatum), por regla general, está presente en la boca de una persona sana, pero también puede contribuir al desarrollo de la enfermedad periodontal. F. nucleatum Es interesante porque estas bacterias se encuentran dentro de los tumores del intestino grueso, pero aún no sabemos si esto es una causa o un efecto: F. nucleatum causa cáncer, o es simplemente una reacción a las condiciones en las que se desarrolla el tumor.

La población microbiana de la boca también es bastante diversa. Incluso diferentes lados de un mismo diente pueden ser colonizados por diferentes comunidades microbianas, dependiendo de una variedad de factores, incluida la disponibilidad de oxígeno y los hábitos de masticación.

En el estómago, donde el ambiente es casi tan ácido como en Batería de coche, sólo unas pocas especies de organismos pueden sobrevivir, pero desempeñan un papel muy importante. Una de estas bacterias, Helicobacter pylori ( Helicobacter pylori, H. pylori), ha coexistido con los humanos durante tanto tiempo que, estudiando sus cepas entre representantes diferentes naciones, podrás conocer qué pueblos están relacionados entre sí y con quiénes contactaron durante el proceso migratorio.

H. pylori juega un papel clave en la aparición de úlceras de estómago y del intestino delgado, cuando, como resultado de la destrucción de la membrana mucosa, el jugo gástrico comienza a corroer el tejido. Los primeros síntomas incluyen halitosis y ardor en el estómago, seguidos de náuseas y sangrado. Largos años Los médicos consideraron que el estrés y la mala alimentación eran la causa de la úlcera y recomendaron a los pacientes reposo, reposo, evitar las comidas picantes, el alcohol y el café, y recetaron leche y antiácidos. Los pacientes experimentaron alivio, pero rara vez se recuperaron por completo.

En la década de 1980, los médicos australianos Barry Marshall y J. Robin Warren demostraron que la mayoría de las úlceras son causadas por una bacteria. H. pylori, por lo que el tratamiento debe incluir antibióticos o fármacos antibacterianos, como los que contienen bismuto. Marshall estaba tan convencido de que tenía razón que personalmente se bebió la cultura. H. pylori- y obtuvo gastritis (que curó rápidamente) y un Premio Nobel (que compartió con Warren).

Sin embargo, hoy sabemos que más de la mitad de toda la población mundial son portadores. H. pylori. ¿Por qué la gran mayoría de ellos no tiene úlceras? Al parecer, esta bacteria es sólo uno de los muchos factores de riesgo de esta enfermedad: necesarios, pero no suficientes. Resultó que muchas personas sanas pueden ser portadoras. H. pylori, así como una serie de otras bacterias que asociamos con enfermedades. Uno de los desafíos y esperanzas de la ciencia del microbioma es descubrir cómo y por qué estos microorganismos a veces nos atacan repentinamente.

intestinos

A continuación pasamos a los intestinos. Creemos que esta es la comunidad microbiana más grande e importante del cuerpo humano. Si eres un microbio que vive en una persona, entonces este es tu capital. Una metrópoli de hasta diez metros de largo, llena de calles sinuosas y rincones apartados. Los microbios tienen aquí mucha libertad: calor, mucha comida y bebida y alcantarillado cercano. Desde un punto de vista microbiano, nuestros intestinos son como Nueva York y alguna capital petrolera del este: innumerables personas y energía accesible.

La absorción de nutrientes de los alimentos a la sangre se produce principalmente en el intestino delgado. El agua se absorbe en el intestino grueso y, además, con la ayuda de enzimas secretadas por microorganismos beneficiosos, se descompone la fibra que proviene del intestino delgado en forma no digerida. Esto libera aún más energía. Al vivir en el tracto digestivo, los microbios intestinales controlan en gran medida nuestro metabolismo. Determinan qué podemos comer, cuántas calorías absorbemos, a qué nutrientes y toxinas estamos expuestos y cómo nos afectan los medicamentos.

Desde el punto de vista científico, otro dato sobre esta importante comunidad microbiana es de gran importancia: es muy fácil obtener muestras de aquí. Los gérmenes, vivos y muertos, simplemente se desechan, generalmente después del café de la mañana. Básicamente, las heces contienen microorganismos de la última sección distal del intestino grueso. Aunque existe alguna diferencia en la composición de las comunidades del intestino delgado y grueso, esta diferencia es generalmente pequeña en comparación con las diferencias entre las comunidades microbianas de dos individuos diferentes. Es decir, sus evacuaciones intestinales son un retrato preparado de la comunidad microbiana única de sus intestinos.

Es cierto que hasta cierto punto la imagen que obtenemos al analizar las heces está distorsionada. Por ejemplo, E. coli A menudo aparece en los titulares como una bacteria aterradora que ocasionalmente llega a los alimentos debido a la falta de saneamiento, pero en realidad no es necesariamente peligrosa en sí misma. Sólo lo sabemos porque se encuentra en las heces (si se encuentra en verduras o carne E. coli, esto es un signo de contaminación fecal). En realidad, no hay tantas bacterias de este tipo en el intestino de una persona sana: sólo una célula por cada diez mil células de otros microorganismos. con su fama E. coli se debe a que entre otros microorganismos desempeña el papel de una mala hierba, como la quinua o el diente de león, y crece mejor que todos ellos en una placa de Petri. Lo mismo se aplica a muchas otras bacterias cuyo papel hemos exagerado durante décadas por una única razón: son fáciles de cultivar en el laboratorio.

La mayoría de los microbios de nuestro intestino son mucho menos estables y todavía no sabemos cómo cultivarlos. in vitro(en este caso, en el laboratorio). Pertenecen principalmente a dos grandes grupos de bacterias: Firmicutes ( Firmicutes) y bacteroides ( Bacteroidetes) – y desempeñan un papel importante en la digestión de los alimentos y la absorción de medicamentos. También se han relacionado con una serie de enfermedades, como la obesidad, la enfermedad inflamatoria intestinal, el cáncer de colon, las enfermedades cardíacas, la esclerosis múltiple y el autismo. Por este motivo, el descubrimiento de la secuenciación de próxima generación ha supuesto una auténtica revolución. Por fin podemos ver lo que hasta ahora había permanecido invisible.

Genitales

Antes que nada, debo confesar mi propia ignorancia: todavía sabemos muy poco sobre los microbios que viven fuera y dentro del pene. Hay que decir que la microbiología, una ciencia que comenzó cuando el científico holandés Antonie van Leeuwenhoek examinaba, entre otras cosas, los espermatozoides al microscopio, nunca ha estudiado adecuadamente los genitales masculinos. Sin embargo, ya se han logrado algunos avances.

Tengo un colega (que desea permanecer en el anonimato para no ser víctima de la televisión) que estudia la propagación de las enfermedades de transmisión sexual (ETS) entre los adolescentes. Parte de su trabajo consiste en investigar el microbioma del pene de los adolescentes. Para ello, necesita periódicamente muestras de esperma, obtenidas periódicamente e inmediatamente después de la relación sexual. Entonces, cuando este hombre recibe una llamada de uno de sus “clientes”, mi colega, vestido con su vestimenta habitual (pelo largo, chaqueta de cuero y una cadena de oro alrededor del cuello), se sube a una camioneta blanca del laboratorio y se dirige a tomar muestras de los penes de tus hijos. Por supuesto, todo esto es puramente por el bien de la ciencia. ¡Y hay padres tan concienzudos que firman un consentimiento oficial para esto!

De cualquier manera, hasta ahora no se han realizado suficientes investigaciones en esta área (quizás en parte porque muchas personas comienzan a reír estúpidamente cuando se describe el tema), por lo que el trabajo de mi colega podría ser un hito importante en la creación del pene. microbioma: en la enfermedad y la salud.

La vagina, a diferencia del pene, ha sido muy estudiada. Microflora saludable mujer adulta de origen europeo suelen estar dominados por sólo unas pocas especies de bacterias del ácido láctico del género Lactobacillus ( lactobacilo). No te preocupes, estas no son las mismas bacterias que convierten la leche en yogur, pero son parientes cercanos que también producen ácido láctico, manteniendo la vagina ácida. Esto es lo que demostró en su trabajo Jacques Ravel, profesor de microbiología e inmunología de la Universidad de Maryland: las especies que dominan la comunidad microbiana vaginal de una mujer en particular pueden cambiar con el tiempo, incluso en diferentes períodos. ciclo menstrual, cuando las bacterias procesadoras de hierro Deferibacter se desarrollan debido al suministro de sangre ( Deferibacter). Las bacterias vaginales de una mujer pueden cambiar incluso cuando cambia de pareja sexual.

Hasta hace poco, casi todas las investigaciones sobre la microflora vaginal se centraban en el control de las ETS. Los científicos han estado estudiando el papel de los microbios vaginales en una enfermedad llamada vaginosis bacteriana y también han tratado de determinar si los microbios vaginales pueden ayudar o dificultar la transmisión de diversas infecciones de transmisión sexual, incluido el VIH.

Sin embargo, resulta que no todos los microbiomas vaginales sanos son iguales. Los nuevos hallazgos sugieren que las comunidades microbianas de mujeres sanas, particularmente hispanas, afroamericanas, blancas y asiáticas, varían mucho según la ascendencia. Y, como veremos, hasta cierto punto, los microbios vaginales pueden determinar nuestro destino.

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A continuación se muestra un fragmento introductorio del libro Mira lo que hay dentro de ti. Cómo los microbios que viven en nuestros cuerpos determinan nuestra salud y nuestra personalidad (Rob Knight, 2015) proporcionado por nuestro compañero de libros:

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Prefacio

1. Microorganismos de nuestro cuerpo.

Cuero

Nariz y pulmones

Boca y estomago

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Prefacio

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