Durante años, la secuenciación 16S desempeñó un papel fundamental en la investigación del microbioma. Ayudó a los científicos a explorar las comunidades bacterianas de formas que antes eran difíciles, costosas o imposibles. Muchos de los primeros descubrimientos que vincularon el microbioma intestinal con la biología humana se basaron en estudios de 16S¹.

Pero la ciencia del microbioma ha evolucionado rápidamente.

Las tecnologías de secuenciación modernas ahora permiten a los investigadores estudiar el microbioma a un nivel mucho más profundo y, cada vez más, muchos científicos están yendo más allá de los enfoques tradicionales de 16S hacia métodos metagenómicos más amplios como la secuenciación shotgun.

Eso no significa que el 16S sea «malo» u obsoleto. Sigue teniendo usos importantes en la investigación. Pero cuando los científicos buscan una mayor resolución, un análisis más amplio del ecosistema y una comprensión funcional más profunda, las nuevas tecnologías son cada vez más importantes.

Estas son cinco razones principales por las que la investigación moderna del microbioma está yendo más allá de la secuenciación 16S.

1. El microbioma es más que solo bacterias

Una de las mayores limitaciones de la secuenciación 16S es que se centra principalmente en las bacterias.

Pero el microbioma intestinal es mucho más complejo que las comunidades bacterianas por sí solas².

Dentro del ecosistema intestinal, los investigadores también estudian:

• hongos
• virus
• bacteriófagos
• arqueas
• interacciones microbianas entre estos grupos

La secuenciación metagenómica shotgun moderna puede analizar porciones mucho más amplias del ecosistema microbiano porque investiga el ADN total dentro de una muestra en lugar de solo regiones marcadoras bacterianas seleccionadas³.

Esta perspectiva más amplia es cada vez más importante en la ciencia del microbioma, donde los investigadores ahora ven el microbioma como una red ecológica interconectada en lugar de un simple catálogo bacteriano.

2. Los investigadores buscan una mayor resolución

Otra limitación importante de muchos enfoques de 16S es la resolución taxonómica.

La secuenciación 16S a menudo identifica los microorganismos principalmente a nivel de género. Pero diferentes especies dentro del mismo género pueden comportarse de manera muy diferente y pueden poseer diferentes propiedades metabólicas, roles ecológicos o interacciones microbianas⁴.

La secuenciación shotgun moderna a menudo permite una resolución más profunda hasta la clasificación a nivel de especie.

Esta mayor resolución ayuda a los investigadores a comprender mejor:

• la diversidad microbiana
• la composición del ecosistema
• cambios sutiles dentro de las comunidades microbianas
• las interacciones entre microorganismos específicos

A medida que los conjuntos de datos del microbioma se vuelven más grandes y sofisticados, este nivel de detalle es cada vez más valioso.

3. La investigación moderna se centra más en la función

Uno de los cambios más importantes en la ciencia del microbioma es el paso de:
«¿Qué bacterias están presentes?»
hacia:
«¿Qué puede hacer realmente el microbioma?»

Aquí es donde la metagenómica shotgun se vuelve particularmente poderosa.

Debido a que se analizan grandes porciones de ADN microbiano, los investigadores pueden investigar el potencial genético funcional dentro del microbioma⁵.

Esto incluye vías relacionadas con:

• el metabolismo microbiano
• la producción de ácidos grasos de cadena corta
• la producción de gas
• genes asociados a la resistencia
• funciones más amplias del ecosistema microbiano

Esto no mide directamente los metabolitos en sí, pero permite a los científicos estudiar el potencial genético detrás de las funciones microbianas.

Cada vez más, la investigación moderna del microbioma se centra no solo en la identidad microbiana, sino también en la actividad microbiana y la funcionalidad del ecosistema.

4. El intestino humano contiene millones de genes microbianos

El microbioma humano contiene muchísimo más material genético que el propio genoma humano⁶.

Esa comprensión cambió fundamentalmente la forma en que los científicos piensan sobre el ecosistema intestinal.

Los enfoques tradicionales de 16S examinan solo una pequeña región marcadora bacteriana. La metagenómica shotgun, en cambio, puede analizar porciones mucho más grandes de información genética microbiana.

Esto permite a los investigadores investigar:

• una diversidad microbiana más amplia
• catálogos de genes microbianos
• la complejidad del ecosistema
• genes asociados a la resistencia
• relaciones evolutivas microbianas

A medida que las tecnologías de secuenciación y la bioinformática continúan mejorando, la capacidad de analizar estos grandes conjuntos de datos microbianos se ha convertido en una de las fuerzas impulsoras detrás de la investigación moderna del microbioma.

5. La ciencia del microbioma se está volviendo más orientada al ecosistema

Quizás el mayor cambio conceptual sea cómo los investigadores ahora ven el microbioma en sí.

En el pasado, el análisis del microbioma a menudo se centraba en grupos bacterianos individuales de forma aislada. Hoy en día, muchos científicos abordan cada vez más el microbioma intestinal como un sistema ecológico dinámico⁷.

La dieta, el estrés, el sueño, los antibióticos, el entorno, la biología del huésped y las interacciones microbianas influyen continuamente en el microbioma.

Esta perspectiva a nivel de sistemas requiere conjuntos de datos más amplios y enfoques de secuenciación más completos.

Esa es una razón por la que la metagenómica shotgun es cada vez más importante:
permite a los investigadores estudiar el microbioma como un ecosistema complejo en lugar de una instantánea bacteriana limitada.

¿Significa esto que el 16S ya no es útil?

En absoluto.

La secuenciación 16S sigue siendo valiosa para:

• grandes estudios de cohortes
• proyectos exploratorios de menor costo
• panoramas amplios de la comunidad bacteriana
• ciertas preguntas de investigación ecológica

Todavía se usa ampliamente en la ciencia del microbioma.

Pero a medida que los costos de secuenciación disminuyen y las herramientas computacionales mejoran, la investigación moderna del microbioma se está moviendo cada vez más hacia enfoques metagenómicos más completos.

El campo está evolucionando de simples resúmenes bacterianos hacia un análisis más profundo a nivel de ecosistema.

Y esa transición está remodelando la forma en que los científicos estudian el microbioma humano.

El futuro de la investigación del microbioma

El campo del microbioma aún es joven. Muchas preguntas siguen sin respuesta, y los investigadores continúan refinando cómo se estudian e interpretan los ecosistemas microbianos.

Pero una cosa está quedando cada vez más clara:

La ciencia del microbioma en el futuro probablemente será:

• más rica en datos
• más enfocada en el ecosistema
• más orientada a la función
• más avanzada computacionalmente
• más de alta resolución

Las tecnologías de secuenciación modernas están abriendo formas completamente nuevas de explorar el mundo microbiano dentro de nosotros.

Y apenas estamos comenzando a comprender su complejidad.

Elegir la tecnología adecuada importa

Cada método de secuenciación tiene sus fortalezas, y la secuenciación 16S sigue desempeñando un papel importante en la investigación del microbioma. Sin embargo, a medida que los investigadores buscan una comprensión más profunda de los ecosistemas microbianos, la metagenómica shotgun se está convirtiendo en el enfoque preferido para estudiar el microbioma intestinal con mayor resolución y mayor profundidad funcional.

Comprender estas diferencias ayuda a los investigadores, profesionales de la salud y consumidores a tomar decisiones más informadas, por ejemplo, al elegir el mejor análisis del microbioma intestinal.

Referencias científicas

1. Johnson JS et al. Evaluación de la secuenciación del gen ARNr 16S para el análisis del microbioma a nivel de especie y cepa. Nat Commun. 2019.
2. Huttenhower C et al. Estructura, función y diversidad del microbioma humano saludable. Nature. 2012.
3. Quince C et al. Metagenómica shotgun, desde el muestreo hasta el análisis. Nat Biotechnol. 2017.
4. Almeida A et al. Un catálogo unificado de 204,938 genomas de referencia del microbioma intestinal humano. Nat Biotechnol. 2021.
5. Lloyd-Price J et al. Multiómica del ecosistema microbiano intestinal en enfermedades inflamatorias intestinales. Nature. 2019.
6. Qin J et al. Un catálogo de genes microbianos intestinales humanos establecido mediante secuenciación metagenómica. Nature. 2010.
7. Knight R et al. El microbioma y la biología humana. Annu Rev Genomics Hum Genet. 2017.