La IA muestra cómo Aspergillus fumigatus se siente cómodo en los pulmones

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Las cepas de Aspergillus fumigatus que infectan a los humanos tienen un metabolismo significativamente alterado en comparación con otras cepas en el medio ambiente. Al mismo tiempo, la infección con el hongo conduce a un cambio aparente en el microbioma pulmonar humano.

Los investigadores del Instituto Leibniz de Investigación de Productos Naturales y Biología de la Infección (Leibniz-HKI) llegaron a esta conclusión después de utilizar modelos de aprendizaje automático para analizar datos del genoma de aproximadamente 250 cepas de hongos y datos de microbiomas pulmonares de 40 pacientes.

 

El hongo Aspergillus fumigatus está ampliamente distribuido en el medio ambiente, donde realiza importantes funciones ecológicas. Al mismo tiempo, es un patógeno oportunista de los humanos. Esto significa que puede infectar a personas con un sistema inmunológico debilitado y causar enfermedades potencialmente mortales como la aspergilosis. El tratamiento es difícil debido al número limitado de medicamentos disponibles para las infecciones fúngicas.

Sin embargo, como han descubierto los investigadores de Leibniz-HKI, las cepas fúngicas encontradas en el medio ambiente y las cepas clínicas de muestras de pacientes difieren significativamente. En un estudio anterior, el equipo ya encontró que la información genética de aproximadamente 250 cepas de Aspergillus fumigatus de diferentes orígenes coincidía solo en un 70 por ciento. En comparación, la información genética de humanos y cerdos es aproximadamente 95 por ciento idéntica.

«En el estudio actual, nos centramos en el impacto que estas diferencias genómicas tienen en el metabolismo fúngico en presencia de un microbioma pulmonar complejo», dijo el líder del estudio, Gianni Panagiotou. Dirige el departamento de Dinámica del Microbioma en Leibniz-HKI y tiene una cátedra en la Universidad Friedrich Schiller en Jena, Alemania. «Comprender qué podría impulsar el crecimiento de hongos, y por lo tanto la supervivencia, de A. fumigatus en diferentes hábitats podría avanzar en el desarrollo de estrategias profilácticas o terapéuticas para controlar los niveles de patógenos fúngicos».

El equipo de investigación desarrolló modelos informáticos que predicen reacciones metabólicas y productos para las 250 cepas diferentes, basados en los datos del genoma y el conocimiento actual de las vías metabólicas. «Al hacerlo, encontramos que las cepas clínicas difieren significativamente de las cepas ambientales, especialmente en el área de síntesis de aminoácidos», dice Mohammad Mirhakkak, uno de los dos autores principales.

Mirhakkak y su co-primer autor Xiuqiang Chen luego utilizaron el modelo que desarrollaron para estudiar muestras de 40 pacientes con fibrosis quística antes y después de la infección confirmada por Aspergillus fumigatus. Utilizando datos del metagenoma de las muestras, pudieron descifrar la composición del microbioma pulmonar antes y después de la infección. En otras palabras, determinaron los microorganismos que viven en los pulmones de cada paciente. «Utilizamos estos datos para alimentar nuestro modelo y descubrimos que Aspergillus fumigatus parece dar forma al microbioma pulmonar en su beneficio», explica Chen. Incluso cuando los investigadores simularon los llamados knockouts, cepas de hongos que no son viables por sí solas porque ciertas vías metabólicas se han desactivado, sobrevivieron gracias a la ayuda del microbioma pulmonar. Al menos en la simulación por computadora, otros microorganismos se hicieron cargo de la producción de metabolitos vitales.

«Nuestros resultados muestran que al desarrollar nuevos medicamentos, debemos tener en cuenta, por un lado, la enorme variabilidad del metabolismo de Aspergillus fumigatus, y por otro lado, que también debemos tener en cuenta todo el microbioma», dijo Panagiotou.

El estudio fue financiado por la Fundación Alemana de Investigación como parte del Centro de Investigación Colaborativa (Transregio) FungiNet y el Cluster of Excellence Balance of the Microverse, y por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania.

 

MEDICA-tradefair.com; Quelle: Leibniz-HKI