Metaproteómica

El término "metaproteómica" fue propuesto por Francisco Valera para describir los genes y/o proteínas más abundantemente expresados en muestras ambientales. El término se derivó de "metagenoma".^[3] Wilmes y Bond propusieron el término "metaproteómica" para la caracterización a gran escala de todo el complemento proteico de la microbiota ambiental en un momento determinado. Al mismo tiempo, los términos "proteómica de la comunidad microbiana" y "proteogenómica de la comunidad microbiana" a veces se usan indistintamente para diferentes tipos de experimentos y resultados.^[4]

La metaproteómica permite a los científicos comprender mejor las funciones de los genes de los organismos, ya que los genes en el ADN se transcriben en ARNm que luego se traduce en proteínas. Por lo tanto, los cambios en la expresión génica se pueden monitorear a través de este método. Además, las proteínas representan la actividad y la estructura celular, por lo que el uso de la metaproteómica en la investigación puede conducir a información funcional a nivel molecular. La metaproteómica también se puede utilizar como una herramienta para evaluar la composición de una comunidad microbiana en términos de contribuciones de biomasa de las especies miembros individuales de la comunidad y, por lo tanto, puede complementar los enfoques que evalúan la composición de la comunidad en función del recuento de copias de genes, como el amplicón o la secuenciación de metagenoma del gen ARNr 16S.^[5]

El primer experimento de proteómica se realizó con la invención de la electroforesis en gel de poliacrilamida bidimensional (2D-PAGE). Las décadas de 1980 y 1990 vieron el desarrollo de la espectrometría de masas y la proteómica basada en la espectrometría de masas. La proteómica actual de la comunidad microbiana hace uso de la separación basada en cromatografía líquida basada en gel (unidimensional y bidimensional) y no en gel, donde ambas se basan en la identificación de péptidos basada en espectrometría de masas.^[6][7]

Si bien la proteómica es en gran medida un enfoque basado en el descubrimiento seguido de otras técnicas moleculares o analíticas para proporcionar una imagen completa del sistema en cuestión, no se limita a la simple catalogación de proteínas presentes en una muestra. Con las capacidades combinadas de los enfoques "de arriba hacia abajo" y "de abajo hacia arriba", la proteómica puede realizar investigaciones que van desde la cuantificación de la expresión génica entre las condiciones de crecimiento (ya sea nutricional, espacial, temporal o química) hasta la información estructural de proteínas.^[1]

Un estudio de metaproteómica del microbioma oral humano encontró 50 géneros bacterianos usando proteómica de escopeta. Los resultados coincidieron con el Proyecto Microbioma Humano, un enfoque basado en la metagenómica.^[8]

De manera similar, los enfoques metaproteómicos se han utilizado en estudios clínicos más amplios que vinculan el proteoma bacteriano con la salud humana. Un artículo reciente utilizó proteómica de escopeta para caracterizar el microbiota vaginal, identificando 188 especies bacterianas únicas en 688 mujeres perfiladas. Este estudio vinculó los grupos de microbiomas vaginales con la eficacia de los medicamentos antirretrovirales tópicos para prevenir la adquisición del VIH en las mujeres, lo que se atribuyó al metabolismo bacteriano del medicamento in vivo. Además, se han utilizado enfoques metaproteómicos para estudiar otros aspectos del microbioma vaginal, incluidas las consecuencias inmunológicas e inflamatorias de la disbiosis microbiana vaginal, así como la influencia de los anticonceptivos hormonales en el microbioma vaginal.^[9][10][11]

Además de los microbiomas orales y vaginales, varios estudios de microbiomas intestinales han utilizado enfoques metaproteómicos. Un estudio de 2020 realizado por Long et al. ha demostrado, utilizando enfoques metaproteómicos, que la patogenia del cáncer colorrectal puede deberse a cambios en el microbioma intestinal. Varias proteínas examinadas en este estudio se asociaron con la ingesta y el transporte de hierro, así como con el estrés oxidativo, ya que el alto contenido intestinal de hierro y el estrés oxidativo son indicativos de cáncer colorrectal.^[12]

Otro estudio realizado en 2017 por Xiong et al. utilizó la metaproteómica junto con la metagenómica para analizar los cambios en la microbiota intestinal durante el desarrollo humano. Xiong et al. encontraron que el microbioma intestinal infantil puede estar poblado inicialmente con anaerobios facultativos como Enterococcus y Klebsiella y luego poblado por anaerobios obligados como Clostridium, Bifidobacterium y Bacteroides. Si bien el microbioma intestinal humano cambió con el tiempo, las funciones metabólicas microbianas se mantuvieron constantes, incluido el metabolismo de carbohidratos, aminoácidos y nucleótidos.^[13]

Un estudio similar realizado en 2017 por Maier et al. metaproteómica combinada con metagenómica y metabolómica para mostrar los efectos del almidón resistente en el microbiota intestinal humano. Después de que los sujetos consumieran dietas ricas en almidón resistente, se descubrió que varias proteínas microbianas estaban alteradas, como la butirato quinasa, la enoil coenzima A (enoil-CoA) hidratasa, la fosfotransacetilasa, la adenilosuccinato sintasa, la adenina fosforribosiltransferasas y la guanina fosforribosiltransferasas. Los sujetos humanos experimentaron aumentos en la colipasa, la triglicérido lipasa pancreática, la abundancia de lipasa estimulada por sales biliares y también experimentaron una disminución en la α-amilasa.^[14]

En general, la metaproteómica ha ganado una inmensa popularidad en los estudios del microbioma intestinal humano, ya que ha dado lugar a importantes descubrimientos en el campo de la salud.