Secretos de supervivencia del puerto de microbiomas de animales raros

El kākāpō de Nueva Zelanda, en peligro crítico de extinción, el loro más pesado del mundo, no vuela y es nocturno, con fragantes plumas verde musgo, una cara extraña y con bigotes, una vida útil de hasta 90 años y un microbioma intestinal compuesto casi en su totalidad por la bacteria Escherichia coli. Al igual que los humanos, otros animales portan trillones de bacterias, virus, arqueas y hongos en sus tractos digestivos, en su piel y en otros lugares: ecosistemas internos que los ayudan a extraer nutrientes de los alimentos, combatir patógenos y desarrollar inmunidad. Ahora, a medida que la secuenciación genética se vuelve más económica y avanzada, los científicos están examinando los microbiomas distintivos de los animales en peligro de extinción, y brindan información que puede ayudar a evitar las extinciones.

Tal investigación ha revelado que los kākāpō son extraños tanto por dentro como por fuera, dice Annie West, ecologista microbiana de la Universidad de Auckland: "Su microbioma es bastante extraño, como todo lo demás sobre ellos". Alrededor de 250 kākāpō permanecen en cinco islas remotas libres de depredadores, donde los funcionarios de vida silvestre de Nueva Zelanda los administran de manera intensiva. En 2019, el personal del gobierno y los voluntarios recolectaron excrementos frescos de color verde pardusco y material de nido de 67 pollitos en crecimiento y enviaron las muestras a West para su análisis de ADN.

E. coli es omnipresente en el sistema digestivo humano, pero constituye solo un pequeño porcentaje de las bacterias que viven allí. Investigaciones anteriores habían demostrado que este microbio domina las tripas de los kākāpō adultos; la proporción varía considerablemente entre los individuos y, en algunos casos, constituye el 99 por ciento de todo el microbioma. El nuevo estudio de West y sus colegas, publicado en microbioma animaldescubrió que poco después de la eclosión de un kākāpō, E. coli ya forma la mayoría microbiana en su intestino. Y este dominio solo aumenta a medida que el pollito crece.

“Es muy inusual. Si lo hubieras visto en un humano, estarías preocupado”, dice West. Todavía no está claro si es malo para el kākāpō, pero un microbioma tan homogéneo puede ser motivo de preocupación porque es posible que no lleve a cabo todas las funciones que necesita una especie. “Si ha perdido diversidad, potencialmente ha perdido alguna funcionalidad del microbioma”, agrega West. Los investigadores también descubrieron que cuando alimentaban a los pollitos kākāpō con alimento suplementario para loros bebés, una bacteria diferente se apoderaba de su microbioma.

El microbioma simplificado del kākāpō puede explicarse en parte por la extrema rareza del ave. Otros estudios han demostrado que cuando las poblaciones de animales se reducen o se fragmentan, algunos de los microbios que albergan también se pierden, dice Lifeng Zhu, ecologista de la Universidad Normal de Nanjing de China, que no participó en el nuevo trabajo. “Además de la diversidad de ecosistemas y especies, también debemos conservar la diversidad de microbiomas dentro de los cuerpos de los animales”, dice Zhu. El cambio climático, los hábitats degradados, el contacto con humanos y el tiempo en cautiverio pueden alterar drásticamente el microbioma de un animal, explica, y cuando los humanos comienzan a intervenir para salvar especies en peligro de extinción, podemos tener efectos no deseados en los mundos en miniatura que hay dentro.

La propia investigación de Zhu ha demostrado que los pandas gigantes mantenidos en criaderos albergan microbios completamente diferentes a los de los pandas salvajes, principalmente porque comen alimentos diferentes. Cuando se liberan pandas cautivos, su microbioma debe sufrir una transformación de un año, durante la cual es más probable que se enfermen. "Nos dimos cuenta de que los pandas necesitan el salvajismo de su microbioma intestinal", dice Zhu, "no solo el salvajismo de su comportamiento".

Los biólogos todavía están catalogando qué microbios viven sobre y dentro de la mayoría de las especies en peligro de extinción, y cómo esas comunidades cambian con el tiempo, dice la bióloga marina de la Universidad de Flinders, Elizabeth Dinsdale, que bucea con tiburones para recolectar muestras de los microbios de su piel. Aproximadamente el 90 por ciento de los microorganismos que ha encontrado son nuevos para la ciencia, y su equipo ha identificado diferentes poblaciones de tiburones ballena por sus microbiomas cutáneos típicos.

La siguiente gran pregunta es exactamente qué hacen todos estos microorganismos por sus huéspedes. La secuenciación del genoma completo puede proporcionar pistas al revelar los genes que producen proteínas para tareas como digerir fibra, tolerar la salinidad y manipular metales pesados. Actualmente, el cultivo de colonias en el laboratorio, que ayuda a confirmar el papel de un microorganismo, es lento, costoso y difícil para muchos microbios. Pero la tecnología robótica emergente promete acelerar el proceso, permitiendo a los científicos observar cómo actúa cada microbio en conjunto con los demás.

Algunos investigadores ya están experimentando con la ingeniería de microbiomas. Por ejemplo, los microbiomas mucosos de los corales son sensibles a la temperatura y la contaminación; los mares demasiado cálidos pueden provocar que los corales expulsen las microalgas simbióticas de las que dependen, lo que provoca la decoloración. En Australia, dice Dinsdale, los científicos están probando si pueden proteger los corales del clima tratándolos con "una especie de elixir microbiano" de bacterias que están más acostumbradas a las temperaturas fluctuantes. Otros ecologistas en Australia han demostrado que es posible alterar los microbiomas de los koalas con trasplantes fecales para que los icónicos marsupiales puedan digerir diferentes especies de eucaliptos.

En los EE. UU., el laboratorio de Valerie J. McKenzie en la Universidad de Colorado Boulder está utilizando probióticos para tratar de salvar a los sapos boreales de la enfermedad fúngica quítrida. Los anfibios tienen un microbioma rico en su piel cubierta de mucosidad, que es donde el hongo devastador Batrachochytrium dendrobatidis ataques El equipo de McKenzie identificó una bacteria fuertemente antifúngica que se encuentra naturalmente en el hábitat de las Montañas Rocosas de los sapos en peligro de extinción y en pequeñas cantidades en su piel. El grupo demostró en el laboratorio que rociar a los sapos con este microbio probiótico aumentó su capacidad para sobrevivir a la infección por hongos en un 40 por ciento.

Luego, McKenzie y sus colegas capturaron sapos salvajes jóvenes y los colocaron en "hoteles acuáticos" similares a spas para bañarse en el probiótico durante 24 horas antes de liberarlos. “Tienes que darles en la ventana de tiempo de desarrollo perfecta” para que el tratamiento funcione, dice McKenzie. Cuando los sapos tratados fueron recapturados, tenían menos enfermedades en comparación con los controles.

West espera que su investigación sobre el microbioma algún día conduzca a tratamientos similares para el kākāpō. Como mínimo, dice, ahora que se conoce la composición intestinal típica de las aves, el análisis rutinario de las heces de kākāpō podría dar a los administradores de conservación advertencias tempranas de enfermedades. "La idea es que, en lugar de tomar muestras invasivas, podría usar el perfil de microbioma para identificar cuándo un animal podría estar enfermo, incluso si todavía no ve ningún síntoma visible", dice West. “Y eso comienza a tener grandes implicaciones para los programas de conservación”.