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En 1991, dos senderistas alemanes encontraron en un glaciar de los Alpes Ötztal el cuerpo congelado de un hombre que llevaba allí más de cinco milenios. Le llamaron Ötzi, el Hombre de los Hielos, y desde entonces ha sido uno de los individuos más estudiados de la historia de la ciencia. Lo que no se sabía hasta ahora era que, además del cuerpo, el hielo había conservado algo todavía más insólito: una comunidad de microorganismos antiguos, algunos de ellos posiblemente aún viables. Un trabajo recién publicado en Microbiome, liderado por el equipo de Eurac Research (Bolzano), ha leído el microbioma de la momia combinando metagenómica shotgun, secuenciación de amplicones (16S e ITS) y secuenciación del genoma completo de los aislados cultivados. El resultado es un retrato microbiano de la Edad de Cobre y un recordatorio de para qué sirve, hoy, secuenciar.
Una momia, tres relojes microbianos
Conservada desde 1998 a −6 °C y 99% de humedad en una cámara refrigerada del Museo Arqueológico del Tirol del Sur, la momia es lo que los autores llaman, con razón, “una interfaz biológica dinámica”: ni totalmente congelada en el tiempo, ni totalmente colonizada por el ambiente moderno. El estudio identifica tres orígenes microbianos distintos coexistiendo sobre el mismo cuerpo. El primero son los microbios endógenos de Ötzi: bacterias intestinales que llevan con él 5300 años, supervivientes de su propio aparato digestivo. El segundo son los habitantes originales del glaciar, microorganismos adaptados al frío que infiltraron el cuerpo después de la muerte y han persistido en él. El tercero es la contaminación moderna acumulada en tres décadas de conservación: bacterias del agua de humidificación, esporas del aire del museo, microbios introducidos sin querer en cada manipulación.
Distinguir uno de otro no es trivial. La diferencia entre “esto vivía en el intestino de un hombre del Calcolítico” y “esto se posó la semana pasada” se juega en detalles muy finos: patrones de daño del DNA antiguo, longitud de los fragmentos, comparación con bases de datos de referencia. La única manera de hacerlo bien es secuenciar mucho, y secuenciar a varios niveles.
Tres aproximaciones complementarias
El equipo de Eurac no eligió una técnica, sino las tres que tenían sentido. Para hacerse una idea general de qué bacterias y hongos habitan cada zona de la momia y de su entorno, secuenciaron amplicones del gen 16S rRNA (para bacterias) y de la región ITS (para hongos) sobre cerca de 50 muestras distintas: hisopos anatómicos, fragmentos de tejido, agua interna y externa de la momia, agua de pulverización del museo, esporas del aire y suelo del lugar del hallazgo en 1991.
Para ir más allá del “quién está ahí” y entender “qué pueden hacer”, recurrieron a metagenómica shotgun: secuenciación masiva del DNA total de tres muestras representativas (agua interna del cuerpo, suelo del hallazgo, fragmento de piel). De ese DNA reconstruyeron, mediante ensamblaje de novo, 38 genomas bacterianos y uno fúngico de calidad media-alta. Es decir, no solo identificaron especies por marcadores: reconstruyeron genomas casi completos a partir de un caldo de DNA degradado y mezclado.
Y para cerrar el círculo, cultivaron las levaduras que crecieron en el laboratorio, cuatro especies psicrófilas, y secuenciaron sus genomas completos (WGS) a partir de cultivos puros. Esto les permitió hacer filogenómica fina y demostrar que esas levaduras son parientes de cepas aisladas en glaciares del Ártico, la Antártida y los Alpes italianos. No son contaminantes hospitalarios ni domésticos: son organismos especializados en sobrevivir al frío, coherentes con la historia alpina de la momia.
Lo que el DNA contó
Dentro del cuerpo, sobre todo en los restos intestinales, los autores encontraron lo que más interesa a un paleomicrobiólogo: una comunidad endógena de bacterias anaerobias que coincide notablemente con el microbioma intestinal de poblaciones humanas no occidentalizadas actuales. Especies como Romboutsia hominis, Ruminococcus bromii, Treponema succinifaciens o Huintestinicola butyrica presentan los patrones de deaminación característicos del DNA antiguo, lo que avala su autenticidad. Es, literalmente, un retrato del intestino de un europeo de hace 5300 años, antes de la dieta moderna, los antibióticos y la pérdida de diversidad microbiana que ha acompañado a la occidentalización.
Sobre la piel y en el agua que rodea el cuerpo, en cambio, encontraron algo más inquietante: levaduras psicrófilas (Glaciozyma watsonii, Mrakia robertii, Phenoliferia glacialis, Goffeauzyma sp.) cuya abundancia ha aumentado de forma notable entre 2010 y 2019, y cuyo DNA muestra menos daño y fragmentos más largos en las muestras más recientes. Traducido: no son DNA fósil acumulándose pasivamente, parecen estar replicándose activamente, aunque sea lentamente, dentro de la cámara refrigerada. Una cepa concreta de Pseudomonas sp. 5C2 se ha establecido en múltiples tejidos de la momia con divergencia genética mínima, lo que sugiere que un único linaje ha colonizado el cuerpo y persiste en él.
El detalle que cierra el caso: varios de estos microbios llevan en su genoma los genes para degradar fenol, que es lo que se usó para tratar a la momia en los noventa y, lo que es más preocupante, enzimas capaces de degradar colágeno, proteínas y lípidos. Es decir, no solo sobreviven a las medidas de conservación: pueden estar comiendo, muy despacio, al propio Ötzi.
En Diagnóstica Longwood distribuimos las soluciones que hacen posibles estudios como este: kits de preparación de librerías como Illumina DNA Prep para secuenciación shotgun y de genomas completos, soluciones de amplicón 16S e ITS, y plataformas de secuenciación de Illumina y otros proveedores. La misma cadena técnica que ha permitido leer el microbioma de una momia de 5300 años se usa, cada día, para identificar nuevas especies bacterianas en hospitales españoles, vigilar resistencias antimicrobianas y caracterizar microbiomas humanos y ambientales.
¿Para qué sirve, en realidad, secuenciar?
La historia de Ötzi es espectacular, pero no es un caso aislado en lo metodológico. Lo que el equipo de Eurac ha hecho con una momia de la Edad del Cobre es exactamente el mismo tipo de flujo que hoy se aplica para resolver problemas mucho más cercanos.
La metagenómica shotgun se usa para caracterizar microbiomas intestinales en pacientes con enfermedades inflamatorias o trastornos metabólicos, para vigilar la diseminación de genes de resistencia antibiótica en aguas residuales y para identificar patógenos emergentes a partir de muestras complejas. La secuenciación de amplicones 16S e ITS es hoy la herramienta estándar para estudiar microbiomas humanos, animales y ambientales: desde el suelo agrícola hasta el queso de oveja. Y el WGS de aislados es lo que permite a un hospital describir, como ha hecho el Miguel Servet con Mycobacterium servetii y Mycobacterium cajalii, una nueva especie bacteriana cuando los métodos rutinarios se quedan cortos.
Secuenciar, hoy, es menos un experimento puntual y más una infraestructura. Una infraestructura que permite leer un intestino de hace cinco milenios y un esputo de la semana pasada con el mismo aparato, los mismos reactivos y el mismo flujo bioinformático. Esa universalidad es, probablemente, lo más extraordinario de la revolución que aún estamos terminando de digerir.