Mientras Mathilde Poyet me acompaña a través del laboratorio de Global Microbiome Conservancy en Kiel, Alemania, me encuentro con todo tipo de equipos de última generación. Es una instalación impresionante, con aparatos típicos de laboratorio, como incubadoras, los últimos dispositivos de secuenciación y cámaras anaeróbicas para cultivar bacterias. Pero lo más importante en el laboratorio se guarda en un congelador a -80 ºC. Las muestras son tan cruciales que existe un sistema de baterías de respaldo: si se corta la electricidad de los congeladores, los materiales permanecerán intactos. Estas muestras de probeta no son un suero de inmortalidad ni una bacteria que combate el cáncer: son heces.
Concretamente, se trata de muestras de heces en suspensión y de bacterias cultivadas a partir de heces. Pero en un momento, esto era caca que Poyet y sus colegas, incluido su socio Mathieu Groussin, habían recolectado como parte de su trabajo para Global Microbiome Conservancy (GMbC), del cual Groussin es cofundador. A Poyet le gusta llamar al proyecto su “primer bebé” (uno de sus bebés reales, su hija pequeña Aelis, se une a nosotros en su oficina mientras hablamos).
«Hemos visto todo tipo de heces en la escala de heces de Bristol: todas las formas, todos los tamaños, todos los colores», dice Poyet, refiriéndose a la tabla de clasificación de heces que los médicos utilizan para evaluar los problemas digestivos.
El trabajo de Poyet y Groussin se basa en la idea de que las heces proporcionan una instantánea ideal del microbioma intestinal humano: el contenido genético de la comunidad de organismos que se encuentran en los intestinos. Esto difiere entre poblaciones.1 y puede servir como indicador de salud. La mayoría de las investigaciones sobre el microbioma intestinal humano se centran en poblaciones de ascendencia europea. Pero el GMbC solicita muestras que sean más representativas a nivel mundial. Las muestras guardadas en el congelador proceden de lugares tan lejanos como Ghana, Tanzania, Finlandia y Tailandia.
Muestras en proceso de recolección y congelación para el biobanco de residuos del GMbC.Crédito: F. Rondon/Global Microbiome Conservancy
Durante los últimos nueve años del programa, el equipo ha muestreado 50 poblaciones de 19 países. Sus miembros han trabajado con científicos locales, juntas de ética y comunidades para recolectar muestras, y han llevado automóviles, botes, helicópteros e incluso cuatriciclos a los sitios de muestreo. De vuelta en el laboratorio, los investigadores analizan el contenido de las heces, secuencian el material genético de las bacterias cultivadas a partir de muestras y almacenan las muestras vivas en su biobanco.
Para los de afuera, tomar muestras de heces constantemente puede parecer (y oler) repugnante. En Kiel, los científicos preparan de vez en cuando una “sopa de caca”, utilizando un recipiente llamado biorreactor para ver los efectos de diferentes escenarios sobre las bacterias obtenidas. Lo hacen sólo unas pocas veces al año, porque el proceso puede ser largo y costoso, y los aromas picantes, lo que llevó a sus compañeros de piso más convencionales a darle al espacio de trabajo el sobrenombre de «laboratorio maloliente».
Pero las heces proporcionan una ventana notable a la salud humana. «Es nuestra mejor manera de investigar qué hay en el intestino de personas sanas», dice Groussin. «Es un poco asqueroso, pero es nuestra mejor manera de acceder a esta increíble e importante biodiversidad».
Un tesoro para la ciencia
Dado que el microbioma es un tema de investigación de moda, otros científicos Alrededor del mundo están tomando muestras para estudiarlo ellos mismos. Y como se vio durante la pandemia de COVID-19, análisis de aguas residuales es una valiosa herramienta de salud pública: proporciona a los científicos los medios para monitorear los patógenos en la población antes de que surja una infección.
«Los desechos que arrojamos al medio ambiente son realmente ricos en datos», dice Janelle Thompson, microbióloga ambiental de la Escuela Asiática de Medio Ambiente de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur. Thompson y su equipo toman muestras de las aguas residuales de Singapur para detectar microorganismos dañinos en el medio ambiente, buscando «señales» biológicas de organismos o virus que se eliminan del cuerpo humano.
«Se puede identificar dónde se producen las señales y seguirlas a lo largo del tiempo para ver cuándo se producen», explica. Por ejemplo, en 2021 y 2022, Thompson y sus colegas pudieron identificar variantes preocupantes del coronavirus SARS-CoV-2 en campus universitarios y plantas de tratamiento.2. Esto fue mucho antes de que estas variantes se volvieran dominantes, lo que indica una “circulación silenciosa mínima”, según el equipo.
Las implicaciones de la investigación sobre los desechos humanos abarcan varias disciplinas científicas. En medio de una escasez global de fertilizantes, algunos científicos (y agricultores) están buscando orina como fertilizantedebido a su contenido en nitrógeno. un estudio en naturaleza agua3publicado a principios de este año por un grupo de investigadores de la Universidad de Stanford, California, creó un prototipo de sistema que extrae nutrientes de la orina. El equipo estima que su diseño podría generar hasta 4,13 dólares por kilogramo de nitrógeno recuperado. Y una investigación publicada en 2020.4 muestra que los fertilizantes a base de orina también podrían ayudar a conservar otros recursos, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero y el uso de agua.
Un investigador vierte fertilizante a base de orina en una botella.Crédito: Marcin Szczepanski/Narrador multimedia principal, Ingeniería de Michigan
Además de ser un referente de salud pública, las muestras de heces se están utilizando en el desarrollo de un proceso que podría salvar vidas para tratar infecciones de Clostridium difficilemediante la transferencia de bacterias fecales sanas y otros microbios de un huésped a otro.
C. difficile Las infecciones “en realidad son causadas por una microbiota alterada”, explica Josbert Keller, gastroenterólogo del Centro Médico Haaglanden en La Haya, Países Bajos. Keller formó parte de un grupo que publicó un ensayo clínico inicial5 sobre la eficacia de las transferencias fecales, también conocidas como trasplantes de microbiota fecal, en 2013. «Si el paciente no es capaz de restaurar esta microbiota, entonces puede reaparecer y reaparecer, y ese es el momento en que los trasplantes de microbiota fecal realmente pueden curar a un paciente».
Ahora, las transferencias fecales se consideran una forma de tratar la obesidad.6diabetes tipo 27enfermedad de Parkinson8 y otras condiciones.
Cómo reparar un microbioma intestinal devastado por antibióticos
Algo que a menudo se percibe como repugnante puede en realidad tener mucho valor intrínseco, dice Bryn Nelson, cuyo libro de 2022 Flush: La notable ciencia de un tesoro improbable fue descrito por su editor como “una exploración urgente del recurso natural más desperdiciado del mundo”. Como parte del proceso de investigación y redacción, el ex microbiólogo pasó años analizando las aplicaciones de las heces y encontró al menos 24 campos que extraen información importante de lo que consideramos productos de desecho. Refiriéndose al factor «repugnancia» del excremento, dice: «Sólo tenemos que superar ese obstáculo para descubrir toda la información que contiene».
Entrar al campo
Poyet proviene de un entorno de laboratorio húmedo. Para su doctorado, estudió la mosca de la fruta. Drosophila suzukii y a menudo pasaban días completos diseccionando especímenes del insecto. Su investigación ahora consiste en examinar muestras de heces para acceder a bacterias que no están expuestas al oxígeno. Algunas muestras son más sucias que otras, dice, y añade: «Lo realmente asqueroso cuando se trabaja con muestras de heces es en realidad cuando las personas no digieren la comida y se puede encontrar comida casi intacta en las heces. Realmente no me gusta».
Para Thompson, trabajar con materiales de desecho también fue una opción natural. «Siempre me ha fascinado el mundo microbiano y el acceso a él para beneficio humano», dice. «Los microbios son viscosos, pueden oler mal, pero no los encuentro asquerosos».
Las heces y la orina también son algo a lo que uno se vuelve insensible con el tiempo. Chong Chun Wie, investigador de microbioma de la Universidad Monash de Malasia en Subang Jaya, supervisa la recolección de muestras de heces como parte de su trabajo sobre el microbioma humano. Su investigación analiza cómo el microbioma intestinal difiere entre grupos étnicos.9 en la región. A diferencia de Poyet y Groussin, no participa en el trabajo de campo. En cambio, los frascos se envían a los donantes, quienes depositan sus muestras en sus casas, pero aún queda manipulación por hacer en el laboratorio.
«Cuanto más lo haces, más te acostumbras porque es algo que haces de forma rutinaria», dice.
Tus amigos dan forma a tu microbioma, y sus amigos también
Marissa Ledger, residente de microbiología médica en la Universidad McMaster en Hamilton, Canadá, estudia la historia de las infecciones por parásitos. Las antiguas muestras de excrementos fosilizados (componentes orgánicos descompuestos que se asemejan al suelo) pueden ser increíblemente valiosas en arqueología y paleontología. La formación universitaria de Ledger fue en antropología, estudiando restos de esqueletos. Pronto aprendió que estudiar los parásitos en la materia fecal conservada es una mejor manera de hacer una crónica de las enfermedades infecciosas a lo largo de la historia humana, comparando las heces fosilizadas con cápsulas del tiempo que pueden proporcionar detalles matizados sobre las infecciones y las dietas en una comunidad.
«Cuando decidí que quería analizar las infecciones parasitarias, entendiendo que deberían haber contribuido enormemente a las enfermedades en el pasado, pensé más bien: 'Ese es un objetivo realmente interesante', dice. «Nunca pensé que fuera algo asqueroso hasta que tuve la respuesta de la gente que me hablaba y me decía: '¿Estudias caca antigua? Eso es una locura'».
Hay un más fuerte tabú cultural hacia la caca que hacia el pipí, observa Marine Legrand, antropóloga de OCAPI, un programa interdisciplinario de investigación y acción en París que estudia formas de reciclar los desechos humanos, como por ejemplo utilizando la orina como fertilizante. Aunque hay financiación disponible para la investigación sobre heces, parece estar dirigida más a aplicaciones médicas que agrícolas. «Cuando buscamos fondos, es más fácil encontrar fondos para trabajar con orina que para trabajar con caca».
