A global genomic and structural resource for the human skin microbiome

El cuerpo humano no es un organismo solitario, sino un ecosistema bullicioso, un paisaje repleto de vida microscópica que vive sobre y dentro de nosotros. Entre muchos de los lugares donde estos microbios llaman hogar, la piel destaca como una vasta frontera expuesta. Es un entorno seco, ácido y pobre en nutrientes que, no obstante, sostiene una compleja comunidad de bacterias, hongos, virus y arqueas. Durante décadas, los científicos han entendido que este microbioma de la piel desempeña un papel vital en la enseñanza de cómo debe funcionar nuestro sistema inmunológico y en la preservación de nuestras barreras físicas. Sin embargo, nuestra visión de este mundo ha sido borrosa. Debido a que la piel alberga pocos microbios en comparación con el intestino, y porque el ADN humano a menudo ahoga la señal microbiana en las muestras, los investigadores han luchado por construir una biblioteca completa de los organismos que viven allí. Sin un catálogo exhaustivo de quién está presente y qué son capaces de hacer, resulta difícil comprender cómo estas comunidades mantienen la salud o cómo cambian cuando la enfermedad ataca.

Un equipo de investigadores ha lanzado ahora una red mucho más amplia, creando un nuevo y masivo recurso que ilumina la diversidad oculta de la piel humana. Combinando miles de muestras recién recolectadas de personas en toda China con datos existentes de todo el mundo, han reconstruido casi medio millón de genomas de microbios de la piel. Este esfuerzo, conocido como el Global Skin Metagenomic Data (Datos Metagenómicos Globales de la Piel), revela que la piel es el hogar de decenas de miles de especies que los científicos nunca habían visto antes. El estudio no solo enumera estos nuevos organismos; también traza sus planos genéticos para adivinar qué funciones desempeñan. Al utilizar modelos computacionales avanzados para predecir las formas tridimensionales de proteínas que nunca han sido estudiadas, los investigadores han descubierto un vasto reservorio de funciones biológicas que antes eran invisibles. Este trabajo transforma el microbioma de la piel de una capa misteriosa y mal comprendida en un mapa detallado de alta resolución, ofreciendo una nueva base para comprender cómo nuestros cuerpos interactúan con el mundo microscópico.

Para construir este nuevo mapa, los investigadores recolectaron una cantidad asombrosa de material genético. Secuenciaron el ADN de 12,409 muestras de piel recolectadas de voluntarios en China, cubriendo una amplia gama de edades, tipos de piel y condiciones de salud, y añadieron otros 4,396 ejemplares de bases de datos públicas de todo el mundo. También incluyeron cerca de 3,000 genomas de bacterias y hongos que habían sido cultivados en laboratorios. Utilizando potentes computadoras, unieron estos fragmentos de ADN en genomas completos, reconstruyendo 452,397 genomas microbianos distintos. Este proceso les permitió identificar 11,891 grupos de bacterias y arqueas, 165 grupos de hongos y 87,770 grupos de virus que representan categorías a nivel de especie. Quizás lo más significativo es que casi 43,000 de estos grupos de nivel de especie no tenían coincidencia en ninguna base de datos existente, lo que significa que son completamente nuevos para la ciencia. Estos descubrimientos expandieron el árbol genealógico conocido de los microbios de la piel en casi un 77 por ciento, revelando que la diversidad de la vida en nuestra piel es mucho más rica de lo que se imaginaba anteriormente.

El estudio encontró que estos microbios recién descubiertos no son anomalías raras escondidas en las sombras; son de gran distribución y abundantes. Viven en las zonas oleosas del rostro, en las parches secos de brazos y piernas, y en los pliegues húmedos del cuerpo. Están presentes en la piel sana y en la piel afectada por diversas afecciones, incluyendo el lupus eritematoso discoide, la vitíligo, la alopecia areata y la alopecia androgenética. De hecho, en algunos estados de enfermedad, estos microbios desconocidos conformaban más de una cuarta parte de la comunidad microbiana total. Los investigadores también analizaron qué podrían estar haciendo estos nuevos organismos. Al analizar sus genes, encontraron que estos microbios no caracterizados poseen habilidades únicas para procesar nutrientes y producir vitaminas. También descubrieron que estos nuevos grupos portan genes para la resistencia a los antibióticos, lo que sugiere que la piel es un reservorio oculto de resistencia a los fármacos que ha sido pasado por alto porque los científicos solo buscaban bacterias conocidas.

Más allá de las bacterias, los investigadores descubrieron un rico mundo de virus y hongos que había sido ampliamente ignorado. Identificaron casi 192,000 genomas virales, la mayoría de los cuales son virus que infectan bacterias, conocidos como bacteriófagos. Estos virus forman una compleja red de relaciones con sus huéspedes bacterianos, actuando potencialmente como un regulador natural que mantiene bajo control las poblaciones bacterianas. El estudio mostró que muchos de estos virus son específicos de la piel y no existen en el intestino o en el océano, resaltando la naturaleza única del entorno cutáneo. Del mismo modo, el componente fúngico de la piel, dominado por un género llamado Malassezia, resultó contener muchas especies previamente desconocidas. Los investigadores descubrieron que diferentes grupos de hongos tienen habilidades especializadas para crear compuestos químicos complejos, lo que podría ayudarlos a sobrevivir en las duras condiciones de la piel o a interactuar con el huésped humano de formas específicas.

Uno de los aspectos más innovadores de esta investigación fue cómo el equipo abordó el problema de la "materia oscura funcional". En biología, los científicos a menudo encuentran genes que parecen proteínas pero que no coinciden con ninguna proteína conocida en sus bases de datos, dejando su función como un misterio. Para resolver esto, los investigadores predijeron las estructuras tridimensionales de más de 1.7 mil millones de secuencias proteicas. Al utilizar inteligencia artificial para modelar la forma de estas proteínas, pudieron inferir qué podrían hacer, incluso sin conocer su secuencia genética exacta. Se centraron en 79,434 grupos de proteínas que no tenían coincidencias conocidas. Para 1,018 de ellas, generaron modelos 3D de alta confianza. Estos modelos revelaron formas y cavidades únicas que sugieren que las proteínas actúan como enzimas, ayudando probablemente a los microbios a descomponer nutrientes o transportar moléculas. Entre los descubrimientos se encontraban nuevos tipos de enzimas que podrían ser utilizados potencialmente en la medicina o la industria, convirtiendo una lista de códigos genéticos desconocidos en una biblioteca de herramientas potenciales.

Los investigadores también rastrearon las relaciones entre los virus y las bacterias que infectan. Encontraron que los virus tienden a atacar grupos bacterianos específicos, con una fuerte preferencia por ciertos tipos de bacterias que son comunes en la piel. Esto sugiere que los virus juegan un papel crucial en la formación del microbioma de la piel, quizás evitando que una sola especie bacteriana tome el control. El estudio mostró que incluso las bacterias nuevas y desconocidas son parte de esta red viral, indicando que estos actores ocultos están integrados en el ecosistema más amplio. Esta visión interconectada ayuda a explicar cómo el microbioma de la piel se mantiene estable y resiliente, incluso cuando enfrenta cambios en el entorno o en la salud del huésped.

Este recurso exhaustivo representa un salto significativo en nuestra comprensión de la piel humana. Al proporcionar un catálogo detallado de los organismos que viven en nosotros y las herramientas genéticas que utilizan, el estudio elimina una barrera importante que ha frenado el progreso en la investigación del microbioma de la piel. Demuestra que la piel es un ecosistema complejo de múltiples reinos donde las bacterias, los hongos, los virus y las arqueas interactúan de maneras intrincadas. El descubrimiento de miles de nuevas especies y el mapeo de sus funciones potenciales sugieren que aún hay mucho por aprender sobre cómo estos microbios influyen en la salud humana. Los datos y las herramientas creados por este equipo están ahora disponibles para otros científicos, quienes pueden utilizarlos para explorar nuevas preguntas, desarrollar mejores diagnósticos y, tal vez, encontrar nuevas formas de tratar enfermedades de la piel trabajando con, en lugar de contra, los habitantes naturales de nuestra piel.