Proyecto del Microbioma Humano

El Proyecto del Microbioma Humano ( HMP ) fue una iniciativa de investigación de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH) de Estados Unidos para mejorar la comprensión de la microbiota involucrada en la salud y la enfermedad humanas. Lanzado en 2007, ^{[ 1 ]} la primera fase (HMP1) se centró en la identificación y caracterización de la microbiota humana. La segunda fase, conocida como el Proyecto Integrador del Microbioma Humano (iHMP), se lanzó en 2014 con el objetivo de generar recursos para caracterizar el microbioma y dilucidar las funciones de los microbios en los estados de salud y enfermedad. El programa recibió 170 millones de dólares en financiación del Fondo Común de los NIH entre 2007 y 2016. ^{[ 2 ]}

Los componentes importantes del HMP fueron los métodos de caracterización de comunidades microbianas independientes del cultivo , como la metagenómica (que proporciona una perspectiva genética amplia sobre una sola comunidad microbiana), así como la secuenciación extensa del genoma completo (que proporciona una perspectiva genética "profunda" sobre ciertos aspectos de una comunidad microbiana determinada, es decir, de especies bacterianas individuales). Estas últimas sirvieron como secuencias genómicas de referencia —actualmente se planean 3000 secuencias de aislamientos bacterianos individuales— para fines de comparación durante el análisis metagenómico posterior. El proyecto también financió la secuenciación profunda de secuencias del gen 16S rRNA bacteriano amplificadas por reacción en cadena de la polimerasa a partir de sujetos humanos. ^{[ 3 ]}

Antes del lanzamiento del HMP, se informaba con frecuencia en los medios de comunicación populares y en la literatura científica que hay aproximadamente 10 veces más células microbianas y 100 veces más genes microbianos en el cuerpo humano que células humanas; esta cifra se basaba en estimaciones de que el microbioma humano incluye alrededor de 100 billones de células bacterianas y un ser humano adulto normalmente tiene alrededor de 10 billones de células humanas. ^{[ 4 ]} En 2014, la Academia Estadounidense de Microbiología publicó una FAQ que enfatizaba que tanto el número de células microbianas como el número de células humanas son estimaciones, y señaló que investigaciones recientes habían llegado a una nueva estimación del número de células humanas de alrededor de 37 billones de células, lo que significa que la proporción de células microbianas a células humanas es probablemente de aproximadamente 3:1. ^{[ 4 ] [ 5 ]} En 2016, otro grupo publicó una nueva estimación de la proporción de aproximadamente 1:1 (1,3:1, con "una incertidumbre del 25 % y una variación del 53 % sobre la población de hombres estándar de 70 kg"). ^{[ 6 ] [ 7 ]}

A pesar de la asombrosa cantidad de microbios que habitan el cuerpo humano, se sabía poco sobre su papel en la salud y la enfermedad. Muchos de los organismos que componen el microbioma no se han cultivado , identificado ni caracterizado con éxito. Sin embargo, los organismos que se cree que se encuentran en el microbioma humano pueden clasificarse generalmente como bacterias , miembros del dominio Archaea , levaduras y eucariotas unicelulares , así como diversos parásitos helmintos y virus , incluidos los virus que infectan a los organismos celulares del microbioma (por ejemplo, bacteriófagos ). El Proyecto Microbioma Humano (PMH) se propuso descubrir y caracterizar el microbioma humano, haciendo hincapié en los sitios oral, cutáneo, vaginal, gastrointestinal y respiratorio.

El Proyecto Microbioma Humano (PMH) abordará algunas de las preguntas científicas más inspiradoras, complejas y fundamentales de la actualidad. Es importante destacar que también tiene el potencial de derribar las barreras artificiales entre la microbiología médica y la microbiología ambiental. Se espera que el PMH no solo identifique nuevas formas de determinar la salud y la predisposición a enfermedades, sino que también defina los parámetros necesarios para diseñar, implementar y monitorear estrategias para manipular intencionalmente la microbiota humana, con el fin de optimizar su desempeño en el contexto de la fisiología de cada individuo. ^{[ 8 ]}

El HMP se ha descrito como "una extensión lógica, conceptual y experimental del Proyecto Genoma Humano ". ^{[ 8 ]} En 2007, el HMP se incluyó en la Hoja de Ruta de los NIH para la Investigación Médica ^{[ 9 ]} como una de las Nuevas Vías para el Descubrimiento . La caracterización organizada del microbioma humano también se está llevando a cabo internacionalmente bajo los auspicios del Consorcio Internacional del Microbioma Humano. ^{[ 10 ]} Los Institutos Canadienses de Investigación en Salud , a través del Instituto de Infección e Inmunidad de los CIHR, lideran la Iniciativa Canadiense del Microbioma para desarrollar un esfuerzo de investigación coordinado y enfocado para analizar y caracterizar los microbios que colonizan el cuerpo humano y su posible alteración durante estados de enfermedad crónica. ^{[ 11 ]}

El Proyecto Microbioma Humano (HMP) contó con la participación de numerosas instituciones de investigación, entre ellas la Universidad de Stanford , el Instituto Broad , la Universidad de Virginia Commonwealth , la Universidad de Washington , la Universidad Northeastern , el MIT , el Colegio de Medicina de Baylor y muchas otras . Las contribuciones incluyeron la evaluación de datos, la creación de conjuntos de datos de secuencias de referencia, estudios éticos y legales, el desarrollo tecnológico y mucho más.

El HMP1 incluyó esfuerzos de investigación de muchas instituciones. ^{[ 12 ]} El HMP1 estableció los siguientes objetivos: ^{[ 13 ]}

• Desarrollar un conjunto de referencia de secuencias de genomas microbianos y realizar una caracterización preliminar del microbioma humano.
• Explorar la relación entre la enfermedad y los cambios en el microbioma humano.
• Desarrollar nuevas tecnologías y herramientas para el análisis computacional.
• Establecer un repositorio de recursos
• Estudiar las implicaciones éticas, legales y sociales de la investigación sobre el microbioma humano.

En 2014, los NIH lanzaron la segunda fase del proyecto, conocida como el Proyecto Integrador del Microbioma Humano (iHMP). El objetivo del iHMP era generar recursos para crear una caracterización completa del microbioma humano, centrándose en comprender la presencia de la microbiota en estados de salud y enfermedad. ^{[ 14 ]} La misión del proyecto, según lo declarado por los NIH, era la siguiente:

El iHMP creará conjuntos de datos longitudinales integrados de propiedades biológicas tanto del microbioma como del huésped a partir de tres estudios de cohortes diferentes de afecciones asociadas al microbioma utilizando múltiples tecnologías "ómicas". ^{[ 14 ]}

El proyecto abarcó tres subproyectos realizados en múltiples instituciones. Los métodos de estudio incluyeron el perfilado del gen ARNr 16S , la secuenciación de metagenoma completo , la secuenciación del genoma completo , la metatranscriptómica , la metabolómica / lipidómica y la inmunoproteómica . Los hallazgos clave del iHMP se publicaron en 2019. ^{[ 15 ]}

El impacto del HMP hasta la fecha puede evaluarse parcialmente mediante el análisis de las investigaciones patrocinadas por el HMP. Más de 650 publicaciones revisadas por pares figuraban en el sitio web del HMP desde junio de 2009 hasta finales de 2017 y habían sido citadas más de 70 000 veces. ^{[ 23 ]} En ese momento, el sitio web fue archivado y ya no se actualiza, aunque los conjuntos de datos siguen estando disponibles. ^{[ 24 ]}

Las principales categorías de trabajo financiadas por HMP incluyeron:

• Desarrollo de nuevos sistemas de bases de datos que permiten la organización, el almacenamiento, el acceso, la búsqueda y la anotación eficientes de grandes cantidades de datos. Estos incluyen IMG, la base de datos integrada de genomas microbianos y sistema de análisis comparativo; ^{[ 25 ]} IMG/M, un sistema relacionado que integra conjuntos de datos de metagenomas con genomas microbianos aislados del sistema IMG; ^{[ 26 ]} CharProtDB , una base de datos de anotaciones de proteínas caracterizadas experimentalmente; ^{[ 27 ]} y la base de datos Genomes OnLine (GOLD), para monitorear el estado de los proyectos genómicos y metagenómicos en todo el mundo y sus metadatos asociados. ^{[ 28 ]}
• Desarrollo de herramientas para análisis comparativo que facilitan el reconocimiento de patrones comunes, temas principales y tendencias en conjuntos de datos complejos. Estas incluyen RAPSearch2, una herramienta de búsqueda de similitud de proteínas rápida y eficiente en memoria para datos de secuenciación de próxima generación; ^{[ 29 ]} Boulder ALignment Editor (ALE), una herramienta de alineación de ARN basada en la web; ^{[ 30 ]} WebMGA, un servidor web personalizable para análisis rápido de secuencias metagenómicas; ^{[ 31 ]} y DNACLUST, una herramienta para la agrupación precisa y eficiente de genes marcadores filogenéticos ^{[ 32 ]}
• Desarrollo de nuevos métodos y sistemas para el ensamblaje de conjuntos masivos de datos de secuencias. Ningún algoritmo de ensamblaje aborda todos los problemas conocidos del ensamblaje de secuencias cortas, ^{[ 33 ]} por lo que los programas de ensamblaje de próxima generación como AMOS ^{[ 34 ]} son ​​modulares y ofrecen una amplia gama de herramientas para el ensamblaje. Se han desarrollado nuevos algoritmos para mejorar la calidad y la utilidad de las secuencias genómicas preliminares. ^{[ 35 ]}
• Recopilación de un catálogo de genomas de referencia secuenciados de cepas bacterianas puras procedentes de múltiples localizaciones corporales, con el que se pueden comparar los resultados metagenómicos. El objetivo inicial de 600 genomas se ha superado con creces; el objetivo actual es que este catálogo de referencia cuente con 3000 genomas, secuenciados al menos hasta una fase preliminar de alta calidad. (Marzo de 2012) Se han catalogado 742 genomas. ^{[ 36 ]}
• Establecimiento del Centro de Análisis y Coordinación de Datos (DACC), ^{[ 37 ]} que sirve como repositorio central para todos los datos del HMP.
• Diversos estudios exploran cuestiones legales y éticas asociadas con la investigación de secuenciación del genoma completo. ^{[ 38 ] [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

Entre los proyectos financiados por HMP se incluyen:

• Nuevos métodos predictivos para identificar sitios de unión de factores de transcripción activos. ^{[ 42 ]}
• Identificación, sobre la base de evidencia bioinformática, de un precursor de transportador de electrones ampliamente distribuido y producido ribosomalmente ^{[ 43 ].}
• Imágenes en movimiento a intervalos de tiempo del microbioma humano. ^{[ 44 ]}
• Identificación de adaptaciones únicas adoptadas por bacterias filamentosas segmentadas (SFB) en su función como comensales intestinales. ^{[ 45 ]} Las SFB son médicamente importantes porque estimulan las células T helper 17 , que se cree que desempeñan un papel clave en las enfermedades autoinmunes .
• Identificación de factores que distinguen la microbiota del intestino sano y enfermo. ^{[ 46 ]}
• Identificación de un papel dominante hasta ahora no reconocido de la Verrucomicrobiota en las comunidades bacterianas del suelo. ^{[ 47 ]}
• Identificación de factores que determinan el potencial de virulencia de las cepas de Gardnerella vaginalis en la vaginosis . ^{[ 48 ]}
• Identificación de un vínculo entre la microbiota oral y la aterosclerosis. ^{[ 49 ]}
• Demostración de que las especies patógenas de Neisseria implicadas en la meningitis , la sepsis y las enfermedades de transmisión sexual intercambian factores de virulencia con especies comensales. ^{[ 50 ]}

• Proyecto del Microbioma Humano
• Centro de Coordinación y Análisis de Datos para el Proyecto del Microbioma Humano (HMP)
• Iniciativa Canadiense del Microbioma de los Institutos Canadienses de Investigación en Salud (CIHR)
• El Consorcio Internacional del Microbioma Humano
• 2006, Resumen divulgativo del estudio del microbioma del colon ( el estudio original: Gill et al., 2006 )
• Olivia Judson Microbes 'R' Us Archivado el 27/09/2009 en Wayback Machine New York Times 22 de julio de 2009
• Gina Kolata ¿ Buena salud? Agradezca a sus 100 billones de bacterias New York Times 13 de junio de 2012