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Hologenómica

La hologenómica es el estudio ómico de los hologenomas . Un hologenoma es el conjunto completo de genomas de un holobionte , un organismo junto con todos los microbios cohabitantes , otras formas de vida y virus . [1] Si bien el término hologenoma se originó a partir de la teoría hologenómica de la evolución , que postula que la selección natural ocurre a nivel del holobionte, [2] la hologenómica utiliza un marco integrador para investigar las interacciones entre el huésped y sus especies asociadas . Los ejemplos incluyen genomas de microbios intestinales [3] o virales [4] vinculados a genomas humanos o animales para la investigación de la interacción huésped-microbio. [5] Los enfoques de la hologenómica también se han utilizado para explicar la diversidad genética en las comunidades microbianas de las esponjas marinas . [6]

Historia

Los orígenes de la hologenómica giran en torno a la teoría hologenómica de la evolución, que describe organismos multicelulares individuales , microbios y virus que establecen relaciones simbióticas y experimentan coevolución juntos. [2] [7] Richard Jefferson introdujo el término "hologenoma" para describir el genoma huésped-simbionte como una unidad evolutiva. [8] Antes de esto, Lynn Margulis utilizó el término "holobionte" para describir a los huéspedes y sus especies asociadas como una unidad ecológica. [9]

Coevolución eucariotas-procariotas

Las distintas comunidades microbianas en las esponjas convergen para tener una funcionalidad común a pesar de conservar diferencias filogenéticas. [10]

Las primeras evidencias de interacciones multicelulares-unicelulares se observan en las esponjas, que son un sistema hologenómico bien estudiado. Los poríferos a menudo se describen como holobiontes porque albergan una amplia gama de bacterias , arqueas y algas . Se ha observado que las comunidades microbianas presentes facilitan las funciones metabólicas y las respuestas inmunes . [10] La descendencia hereda estas colonias microbianas mediante transmisión vertical y/u horizontal . [10] Las colonias simbiontes se transfieren a través de los gametos parentales en la transmisión vertical, mientras que la descendencia adquiere las mismas colonias de su entorno en la transmisión horizontal. La transmisión vertical también se observa en organismos terrestres como C. ocellatus , donde las gammaproteobacteria en el intestino parental se transfieren verticalmente a través de la contaminación de los huevos. [11]

Crítica

La teoría de la evolución del hologenoma no está totalmente aceptada, y la investigación en filogenética microbiana-huésped está en curso. En lugar de la selección de corales con ciertas comunidades microbianas simbióticas, el blanqueamiento de los corales puede ser simplemente el resultado de factores estresantes ambientales , y la presencia bacteriana en corales blanqueados puede explicarse simplemente como una colonización oportunista . [12] Las pruebas de ubicuidad también revelaron muchos simbiontes bacterianos y algales diferentes que no están asociados con una sola especie de coral, [13] lo que sugiere que la hologenómica solo identifica y valida interacciones mecanicistas entre patógenos , microbios y sus huéspedes. [14]

Ejemplos de descubrimientos con enfoques hologenómicos

Aplicaciones

Medicamento

Se ha planteado la hipótesis de que la continua incidencia de enfermedades no infecciosas es resultado de la modernización que reduce la diversidad de microbios simbióticos. [14] El microbioma humano también se ha correlacionado con numerosas etiologías de enfermedades no transmisibles , como trastornos cerebrales, [18] cáncer, [19] [20] y enfermedades cardíacas. [21] Las interacciones entre el microbioma humano y la salud humana son complejas y sugieren un enfoque hologenómico.

Los biomarcadores de enfermedades se pueden encontrar investigando el estilo de vida, las diferencias genómicas y los perfiles de ARNm / proteínas / metabolitos del paciente y su microbiota. [14] Para investigar los microbiomas y específicamente las subcomunidades de microbiota que pueden contribuir a un fenotipo de enfermedad , se recomiendan estudios longitudinales ya que cada persona tiene un microbioma personalizado con pequeñas diferencias en los filotipos del microbioma . [14] Luego se puede desarrollar un plan personalizado para gestionar el microbioma de una persona, con prebióticos que nutran los microbios endógenos beneficiosos y probióticos que manipulen el hologenoma de una persona. [22]

Inmunología

Se ha encontrado mutualismo condicional , donde los parásitos tienen efectos mutualistas bajo ciertas condiciones ambientales/ecológicas, con interacciones holobionte-holobionte. [23] Se sabe que la maduración de los sistemas inmunes del huésped mamífero involucra la flora gastrointestinal . [24] Comprender el reconocimiento de la invasión patógena extraña por parte de los microorganismos y cómo la inmunidad del huésped favorece al simbionte más ideal puede ayudar a descubrir nuevos tratamientos terapéuticos para combatir enfermedades en evolución.

Véase también

Referencias

  1. ^ Rosenberg, Eugene; Zilber-Rosenberg, Ilana (25 de abril de 2018). "El concepto de evolución del hologenoma después de 10 años". Microbioma . 6 (1): 78. doi : 10.1186/s40168-018-0457-9 . ISSN  2049-2618. PMC  5922317 . PMID  29695294.
  2. ^ ab Número 6 de una serie de 7 grabaciones VHS, Una década de PCR: Celebrando 10 años de amplificación , Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994. ISBN 0-87969-473-4 . 
  3. ^ Denman, Stuart E.; McSweeney, Christopher S. (16 de febrero de 2015). "El impacto temprano de la genómica y la metagenómica en la microbiología ruminal". Revisión anual de biociencias animales . 3 (1): 447–465. doi : 10.1146/annurev-animal-022114-110705 . ISSN  2165-8102. PMID  25387109.
  4. ^ Patowary, Ashok; Chauhan, Rajendra Kumar; Singh, Meghna; KV, Shamsudheen; Periwal, Vinita; KP, Kushwaha; Sapkal, Gajanand N.; Bondre, Vijay P.; Gore, Milind M. (1 de enero de 2012). "Identificación de novo de patógenos virales a partir de hologenomas de cultivos celulares". Notas de investigación de BMC . 5 : 11. doi : 10.1186/1756-0500-5-11 . ISSN  1756-0500. PMC 3284880 . PMID  22226071. 
  5. ^ Miller, William B. Jr. (2013). El microcosmos interior: evolución y extinción en el hologenoma. Universal-Publishers. ISBN 978-1612332772.
  6. ^ Webster, Nicole S.; Thomas, Torsten (4 de mayo de 2016). "El hologenoma de la esponja". mBio . 7 (2): e00135–16. doi :10.1128/mBio.00135-16. ISSN  2150-7511. PMC 4850255 . PMID  27103626. 
  7. ^ Rosenberg, Eugene; Zilber-Rosenberg, Ilana (25 de abril de 2018). "El concepto hologenómico de la evolución después de 10 años". Microbioma . 6 (1): 78. doi : 10.1186/s40168-018-0457-9 . ISSN  2049-2618. PMC 5922317 . PMID  29695294. 
  8. ^ Número 6 de una serie de 7 grabaciones en VHS, Una década de PCR: Celebrando 10 años de amplificación , Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1994. ISBN 0-87969-473-4 . 
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