sábado, septiembre 10, 2016

Nosotros, Superorganismos (Entrevista a Jon Turney)



Jon Turney

Auguro que se avecina la Nueva Era de la Microbiota, en la que habrá mucho ruido y pocas nueces. Es seguro que algunos a esto dirán, como en el chiste: “¡Pues vaya adivino!”, puesto que en cierto sentido podría decirse que ya estamos en ella. Y es que las fronteras en los grandes cambios culturales e históricos son, en demasiadas ocasiones, difusas, levemente difuminadas en el tiempo, o sea: que duran entre meses y años.
Ya tenemos en el mercado oportunamente ubicados en los mejores estantes los productos probióticos (que contienen bacterias vivas) y los prebióticos (que alimentan a nuestra flora intestinal) y cada vez veremos más libros en las estanterías de las librerías (o en las webs de libros electrónicos) que pasarán de la sección de ciencia a la de autoayuda indistintamente (la mayoría de los libreros no entienden demasiado de lo que se traen entre manos), sobre nuestra microbiota, cómo funciona (grosso modo) y las formas más seguras, fiables, económicas y cómodas de reforzarla para ser más delgado, sano, guapo e inteligente.  
Uno de los libros que aborda estas cuestiones fue someramente comentado en este blog con motivo de la entrevista a uno de sus autores, Erika Sonnenburg. Ella y su marido, Justin Sonnenburg, microbiólogos de la Universidad de Stanford, investigan la microbiota intestinal, y tienen algo que decir sobre ella. En su libro The God Gut exponen, desde cierta óptica, el momento en el que estamos por lo que se refiere al conocimiento de los seres que nos habitan. El tono es optimista y los autores se permiten algunas pequeñas concesiones que hacen que el ruido en ocasiones se mezcle con las nueces. Como científicos honestos no dejan de puntualizar en cada ocasión en la que aflora la mera especulación que se trata no más que de eso: un juicio emitido sin el respaldo de una evidencia suficiente. No obstante sus lectores no necesariamente capten los matices y, como los libreros, cogerán la información (nueces) mezclada con el ruido y los pondrán en uno u otro estante de su mente, aunque muy probablemente vaya todo al estante elevado y en adelante más inaccesible de las evidencias científicamente demostradas que no merecen ulterior consideración o análisis.
No hay lugar para el engaño ni para las falsas expectativas en cambio en la obra que el divulgador científico inglés Jon Turney nos habla de “nuestros” microorganismos. En Yo, Superorganismo, Turney se confiesa. Se mira al espejo al empezar y al terminar su obra. Observa su cuerpo humano, y extrae conclusiones antes y después de repasar extensamente el estado actual del conocimiento respecto a los ecosistemas que nos pueblan en todas las regiones de nuestra anatomía (desde los ojos espejo del alma a los genitales de las bajas pasiones). No se deja arrastrar por la suave ladera que lleva de divulgar la ciencia a especular plácidamente, por lo que el lector  no encuentra fácil asidero en su discurso para arribar luego por su cuenta a conclusiones precipitadas y probablemente erróneas. Turney explica perfectamente las enormes dificultades inherentes a la investigación en este campo, en el que la clasificación taxonómica parece una utopía y a las distintas formas de vida hay que analizarlas en manadas, más que individualmente. La clave reside en los genes, qué codifican y qué rutas metabólicas permiten la existencia de nuestros intrincados ecosistemas “interiores”. La cuestión radica en determinar cómo esos ecosistemas canalizan y transforman la energía en interrelación con eso que llamamos nuestro “yo” corpóreo, nuestro organismo abstractamente aislado de sus inquilinos hacendosos, que podemos ver todas las mañanas al levantarnos en el espejo del baño. Y ni Turney ni ningún otro que sea humano puede ya sinceramente considerarse como un cuerpo sin más, sino como un conjunto de ecosistemas,  un superorganismo, entendido en un sentido amplio y profundo, de enorme complejidad, que ha evolucionado a lo largo de miles de millones de años, y que comenzó en el barro primigenio siendo no más que un primer aliento de metabolismo y replicación.

Jon Turney ha tenido la inmensa amabilidad de dar respuesta a algunas preguntas que le formulamos.    
En inglés:
1.-Let's start with the definition. I read in Wikipedia: “A superorganism is an organism consisting of many organisms. The term is used most often to describe a social unit of eusocial animals, where division of labour is highly specialised and where individuals are not able to survive by themselves for extended periods”. Throughout your book you point the ecosystemic character of our nature. While certainly we are a superorganism, in the sense that we are composed of many organisms which (some of them, especially the human) can’t survive on their own for long periods, could we go beyond the term to say that we are a walking set of ecosystems?

Yes, I think we are a collection of ecosystems - it's probably less controversial to say that, in fact, than to push the term "superorganism" (though it seems to be catching on). One of the senses of microbiome - as micro/biome - is an ecosystem on a small scale. But still, of course, teeming with complexity. That's distinct from the other, complementary, sense of another "ome", after genome, proteome, metabolome, and so on. Most folks seem to switch blithely from on to the other.

The claim is widely made that our gut ecosystem is the most complex one known, which seems plausible to me, though just how you measure complexity of an ecosystem isn't entirely straightforward.


2.-The study of the human microbiome takes us into the science of complex systems. It forces us to make use of increasingly powerful computational tools and ingenious strategies to interpret the "Big Data" collected. Where do you think are the limits of what we can really get to know about the microbiome?

 
I see no reason, in principle, why the interactions with the microbiome can't be incorporated into a fully developed systems biology, eventually. I guess that means I'm still holding out for a kind of reductionism - take the thing apart, list all the parts, figure out how they interact...

But I'm also keenly aware that studying our microbiome seriously introduces a lot more variables. Our knowledge will be seriously incomplete for a long while yet. And there's a long lag between getting details of microbial (bacterial and viral) DNA, and genes, and doing useful experiments about what happens if they are changed. 

At the moment, we're still just getting hints of new layers of interaction that we need to explore - the example that has struck me most since I wrote my book is a paper suggesting that microRNAs made in mouse or human cells, which we've recently established are involved ibn short-term genetic regulation, also play a role in regulating bacterial gene activation and deactivation in the gut. That is, we're apparently reaching into our gut microbiome and tweaking the genes.

There's also a serious shortage of bioinformatics people to analyse all the data. It's a problem across many sciences at the moment - easy to acquire mountains of data, hard to analyse. Possibly a good problem to have, but still a problem.




3.-There is far more diversity among the various human microbiome than between human races. How can this affect our understanding of the diversity in our species?

I think the two kinds of diversity are largely unrelated. In so far as a human race is a biologically viable concept (which is debatable), it's clear there is more genetic variation within races than between them.

We are, microbially, much more variable, as you say. But that variation is also highly unstable, and we haven't taken its full measure yet, by my guess. Someone in the field asked the other day on twitter how many human enterotypes there will turn out to be - referring to the idea that there are characteristic microbial mixes or profiles in the gut that can be used to differentiate people. I suggested, jokingly, that maybe there are seven billion. He agreed!


4.-As you point out in your book, the same concept of species, difficult to determine by itself, it is at microorganisms level almost impossible to establish . What is a species, in this context?

I'm not an expert, but I don't think there's a consensus what species means among microbes, or even whether it's a meaningful term. The usual simple definition in more complex, multicellular creatures - that species are types that are separated genetically such that they cannot interbreedworks - with some qualifications. But bacteria and viruses swap genes, all the time. And we know that different strains or types of what we loosely refer to as bacterial species, such as E Coli, can vary by far more than happens among non-microbial life. Robust definitions of bacteria or viruses increasingly tend toward specifying the entire gene sequence, if available - is every one a species? Don't really care. The thing is to understand the differences, and what they signify or whether they matter.

There's a larger underlying issue, which is to do with the stability, and separation of species elsewhere in life. The idea of a "species barrier", which points to genetic manipulation by us being risky because we transgress some zoological boundary, seems untenable today, for instance. The same bacteria and viruses have ways of acquiring, and transferring genes, from and between eukaryotic genomes - and there's lots of evidence lying around in those genomes that a lot of that has gone on, and is still going on.

5.-How to interpret all that we are discovering about the human microbiome in the light of evolution? In what sense does it forces us to reinterpret the evolutionary process as a whole?

I don't see a big reinterpretation in that sense. Evolution by natural selection is still biology's best effort at a Theory of Everything. There'll be some puzzles with possible new solutions - like how/why the adaptive immune system evolved in vertebrates with complex gut microbiomes, and very likely a greater emphasis on co-evolution, but nothing that challenges the established paradigm as far as I can see at the moment.



6.- How do you think the concepts of health and disease are being altered by the growing awareness of the microbiome and its relationship to the human organism and its defense systems?
They should be getting more nuanced, more complex - we are always tempted to tell stories that are too simple about biology. Few things have one cause, or one effect. Specifically, the old "OGOD" (one germ, one disease) framing - (which later transferred to "one gene, one disease") - is more clearly inadequate now. Whether a particular microbe become a pathogen is almost always context dependent. I'm sure there will always be a few individual bacterial types that are invariably bad news, just as there are a few mutations in genes that are always harmful. But most of the time, it all depends...

The microbiome, especially the gut microbiome, obviously interacts with lots of diseases states - both influencing them and being influenced. Deriving clear indicators of what might help improve particular undesirable states, or help avoid them, is still terribly hard. 

The general assumption that germs are bad, disinfectants always good, does seem to be weakening gradually, though. And the idea that broad spectrum antibiotics should only be prescribed when absolutely necessary gets a strong boost from the whole microbiome literature.



7.-What are you now working on?

Developing ideas for a book about something completely different - macro scale, in fact: the history of human ideas about the Earth, understanding it as a whole planet, and how we may develop that as we deal with living in the Anthropocene..



En Castellano:

1.-Comencemos con la definición: Leo en Wikipedia: “Un Superorganismo es un organismo compuesto de muchos organismos. El término es utilizado más habitualmente para describir una unidad social de los denominados animales eusociales, unidad dentro de la cual existe una división del trabajo altamente especializada y sin la cual los individuos que la componen no son capaces de sobrevivir aisladamente  demasiado tiempo".  A lo largo de su libro se insiste en el carácter ecosistémico de nuestra naturaleza. Aunque ciertamente somos un superorganismo, en el sentido de que estamos compuestos de muchos organismos que (algunos de ellos, especialmente el ser humano) no puede sobrevivir por su cuenta durante largos períodos de tiempo, ¿ Podríamos ir más allá del término afirmando que somos un conjunto de ecosistemas andante?

 Sí, creo que somos una colección de ecosistemas - es probablemente menos controvertido de hecho decir  eso que  imponer el término "superorganismo" (aunque éste último parece estar calando). Uno de los significados de “microbioma” - como micro / bioma, es “ecosistema” en escala reducida. Pero  sigue siendo, por supuesto, algo atestado de complejidad. Este significado es distinto del otro, complementario, de “microbioma”, el otro “oma” que viene después de genoma, proteoma, metaboloma, etc.  La mayoría de la gente parece pasar alegre y coloquialmente de un significado al otro.

Es generalmente aceptado que nuestro ecosistema intestinal es el más complejo conocido, lo que me parece plausible, aunque ya solamente el modo que tenemos de medir la complejidad de un ecosistema no carece de ambigüedades.


2.-El estudio del microbioma humano nos conduce a la ciencia de los sistemas complejos. Esto nos obliga a hacer uso de herramientas computacionales cada vez más potentes e ingeniosas estrategias para interpretar los grandes datos recogidos. ¿Dónde cree que están los límites de lo que realmente puede llegar a saberse sobre el microbioma?

En principio no veo motivo alguno por el que no puedan integrarse las interacciones con el microbioma en una biología de sistemas totalmente desarrollada, con el tiempo. Supongo que eso significa que defiendo todavía cierta clase de reduccionismo  - tomar cosas separadamente, listar todas las partes y tratar de deducir cómo  interactúan ...

Pero asimismo soy muy consciente de que estudiar nuestro microbioma  a fondo  introduce muchas más variables. Nuestro conocimiento será muy incompleto todavía durante mucho tiempo. Y se dará un largo intervalo entre la obtención de detalles sobre el  ADN microbiano (de bacterias y virus), y sus genes, y poder realizar experimentos útiles para saber qué sucede cuando éstos cambian.

De momento sólo estamos obteniendo pistas de nuevas capas de interacción que es preciso explorar - por ejemplo, lo  que más me ha impactado desde que escribí el libro es un artículo que sugiere que los microARNs de las células de ratón o humanas, que recientemente establecimos que estaban implicados en la regulación genética a corto plazo, también parecen jugar un papel en la regulación de la activación y desactivación de los genes de las bacterias del intestino. Es decir,  aparentemente  nuestro organismo hace una búsqueda activa en nuestro microbioma intestinal para ajustar sus genes.


También tenemos un problema de escasez de bioinformáticos  que analicen todos los datos. Se trata de un problema que afecta a multitud de  ciencias hoy por hoy – resulta fácil obtener montañas de datos y difícil analizarlos. Posiblemente sea un “buen” problema, pero sigue siendo un problema.

3.-Hay mucha más diversidad entre los distintos microbiomas humanos que entre las razas humanas. ¿Cómo puede esto afectar a nuestra comprensión de la diversidad en nuestra especie?

Creo que son dos tipos de diversidad que no tienen casi nada que ver.  En la medida en que la raza sea un concepto biológicamente aceptable  (lo cual es discutible), está claro que existe una variación genética mayor dentro de las razas que entre distintas razas.

Somos, microbiológicamente, mucho más variables, como decís. Pero también es cierto que esa variabilidad es enormemente inestable, y sin embargo  todavía no le hemos tomado plenamente la medida , me parece.  . Un investigador de éste campo preguntó el otro día en twitter cuántos enterotipos humanos podría llegar a haber, refiriéndose a la idea de que existen mezclas microbianas o perfiles característicos en el intestino que puede ser utilizados para diferenciar a las personas. Sugerí, en broma, que quizás haya siete mil millones. ¡Y estuvo de acuerdo!


4.-Como usted señala en su libro, el mismo concepto de especie, difícil de determinar por sí mismo, es, al nivel de los microorganismos, casi imposible de establecer. ¿Qué es una especie, en este contexto?

 No soy un experto, pero dudo que exista un consenso sobre lo que significa especie entre los microbios, o incluso sí pudiera considerarse un término significativo.  La definición sencilla utilizada habitualmente para distinguir entre criaturas multicelulares más complejas - que las especies son tipos que están separados genéticamente de  tal modo que no puedan cruzarse entre sí, funciona - con algunas salvedades. Pero las bacterias y los virus intercambian genes permanentemente. Y sabemos que diferentes cepas o tipos a los que vagamente nos referimos como especies bacterianas, tales como E. coli, pueden variar  muchísimo más entre sí de lo que varían las formas de vida no microbianas. Las definiciones  robustas de bacterias o virus tienden cada vez más hacia la especificación de la secuencia completa del gen, si está disponible - ¿Será cada uno una especie? Realmente da igual. La cuestión es entender las diferencias, y lo que significan o si tienen alguna importancia.

Hay una cuestión mayor subyacente, que tiene que ver con la estabilidad, y con la separación de especies allá donde  haya vida. La idea de que existe una "barrera entre las especies", que apunta a que la ingeniería genética es arriesgada porque con ella transgredimos alguna frontera zoológica, parece insostenible hoy en día, por ejemplo. Las mismas bacterias y virus tienen ya formas de adquisición y transferencia de genes, desde y entre los genomas eucariotas - y hay gran cantidad de pruebas dentro de los genomas de que eso ha sucedido y continúa sucediendo.


5.-Como interpretar todo lo que estamos descubriendo sobre el microbioma humano a la luz de la evolución? ¿En qué sentido nos obligaría a reinterpretar el proceso evolutivo en su conjunto?

 No veo que haya una gran reinterpretación, en ese sentido. La Teoría de la Evolución por Selección Natural sigue siendo el mejor esfuerzo en biología  como Teoría del Todo. Habrá algunos puzles que puedan requerir nuevas soluciones  - como por ejemplo cómo  y por qué evolucionó el sistema inmune adaptativo en los vertebrados con microbiomas intestinales complejos, y muy probablemente se pondrá un mayor énfasis en la co-evolución, pero nada que desafíe el paradigma establecido, por lo que he visto hasta el momento.


6.- ¿Cómo cree que se están viendo afectados los conceptos de salud y enfermedad con  la creciente toma de conciencia del microbioma y su relación con el organismo humano y su sistema inmunitario?

 
Deben estar volviéndose más matizados, más complejos – sufrimos de continuo la tentación de contar historias que son demasiado simples sobre la biología. Son pocas las cosas que tienen una única causa o un único efecto. En particular el viejo  marco "OGOD" (un germen, una enfermedad) - (luego transformado en "un gen, una enfermedad") – es completamente inadecuado hoy. Desde el momento en que un microbio concreto puede ser o no patógeno dependiendo del contexto. Estoy seguro de que siempre habrá algunos tipos de bacterias individuales que siempre serán  portadoras de malas noticias, al igual que existirán unas pocas mutaciones genéticas que serán siempre perjudiciales. Pero casi siempre todo depende ...

El microbioma, especialmente el intestinal, interactúa como es obvio con gran cantidad de estados patológicos- tanto influyendo en su curso como siendo influidos por los mismos. Obtener indicadores fiables de qué podría ayudar a mejorar o a evitar determinados estados indeseados sigue siendo algo terriblemente difícil.
La suposición generalmente aceptada de que los gérmenes son malos, y los desinfectantes siempre buenos parece estar debilitándose poco a poco, no obstante.Y la idea de que los antibióticos de amplio espectro deben prescribirse  solamente cuando sea absolutamente necesario ha recibido un fuerte impulso de la investigación del microbioma.


7.-¿En qué está ahora trabajando?

Desarrollando  ideas para un libro sobre algo completamente diferente - de la escala macroscópica, de hecho: la historia de las ideas humanas sobre la Tierra, entendiendo la misma como conjunto, y cómo podemos desarrollarla mientras lidiamos con la vida en el Antropoceno ..