Biología celular y Biotecnología

La microbiota intestinal es una compleja comunidad de millones de microorganismos diferentes que habitan el intestino del hospedador. En mamíferos, la microbiota intestinal el hospedador establecen una fuerte relación simbiótica, en la que el intestino proporciona un entorno favorable para los microbios y, a cambio, los microbios (i) contribuyen a la nutrición del hospedador, transformando nutrientes que no pueden ser digeridos fácilmente por el mismo en compuestos más simples, y asimilables para el hospedador; (ii) sintetizan diferentes vitaminas; (iii) participan en el desarrollo del sistema inmunitario del hospedador, al desempeñar un papel fundamental en la inducción de estructuras linfoides y la modulación de la diferenciación de células inmunitarias; (iv) son esenciales para el correcto desarrollo y morfogénesis de los tejidos y órganos del hospedador; (v) y, mediante un fenómeno conocido como resistencia a colonización bacteriana, los microbios intestinales actúan como barrera defensiva, proporcionando protección frente a patógenos microbianos. Sin embargo, variables externas como medicamentos y tratamientos antibióticos, modificaciones de la dieta y el régimen alimentario, etc., pueden alterar rápidamente la composición microbiana del intestino, lo que a su vez altera los relevantes procesos microbianos mencionados anteriormente.

Estudiar los mecanismos subyacentes a las funciones de la microbiota intestinal y la interacción con el sistema inmunitario del hospedador es complicado debido a que el intestino es un entorno extremadamente dinámico, y a que las interacciones entre diferentes miembros de la microbiota entre sí y con la fisiología del hospedador y la interacción entre ellos, son muy complejas. Para superar el reto de semejante complejidad, en el laboratorio de Evolución Molecular de Interacciones Microbianas (MolEMI Lab) abordamos el estudio de las funciones de la microbiota intestinal empleando la evolución experimental, la genética directa y reversa, y la ingeniería genética. Utilizamos el intestino del ratón como modelo del intestino de mamíferos. Anteriormente, pude identificar mutaciones beneficiosas que surgieron espontáneamente durante la adaptación evolutiva de un Bacteroides thetaiotaomicron antropogénico al intestino del ratón, y demostré que las perturbaciones nutricionales pueden dejar una huella genética incluso en una sola especie bacteriana. Ahora, mediante la exploración del paisaje mutacional derivado de múltiples experimentos evolutivos en paralelo, pretendemos identificar dianas/mutaciones que aparecen exclusivamente bajo presiones selectivas específicas (nutricionales, ambientales, relativas al hospedador) y que pueden ser cruciales para diferentes procesos afectados por la interacción entre la microbiota y el hospedador.

Nuestro objetivo general es determinar los mecanismos que subyacen a las interacciones genéticas y funcionales dentro de la microbiota intestinal y con el hospedador, revelar factores clave para la estabilidad y robustez de la microbiota, comprender los mecanismos implicados en la interacción entre la microbiota intestinal y el sistema inmunitario del hospedador mediante la disección de su proceso coevolutivo y, en última instancia, proponer estrategias novedosas para evitar la pérdida de diversidad en la microbiota y/o promover su recuperación tras eventos que causan desequilibrios.