La genética de un organismo, la información genética que almacena en su genoma, condiciona sobremanera cómo va a desarrollarse, cómo va a ser, en definitiva, las características que va a tener ese individuo. Pero no lo es todo. La interacción con el medio ambiente modula el efecto original de la genética, unas veces potenciando y otras veces silenciando alguno de los fenotipos, del aspecto o comportamiento que tendrá ese animal. En ese amplio concepto de «medio ambiente» no solo se incluye la interacción con el exterior sino también la existencia de millones de microorganismos, bacterias, arqueas, levaduras y protistas, que conviven con un individuo, en su interior. Es lo que llamamos la microbiota, presente en el intestino, en la piel y por todo el cuerpo.

La importancia de la microbiota o microbioma en la salud y enfermedad de los animales, y también de las personas, ha sido documentada de forma creciente en muchos estudios e investigaciones. Los investigadores pioneros en el estudio de la microbiota humana recibieron el Premio Princesa de Asturias 2023. Sabemos cómo compartimos y transmitimos la microbiota entre individuos, y hasta se han documentado evidencias científicas que relacionan la microbiota de un individuo con lo que piensa y siente, o con estados depresivos. También sabemos que la microbiota que acaba desarrollándose en nuestro interior depende de nuestra dieta y puede determinar la gravedad o desarrollo diferencial de las enfermedades neurodegenerativas, entre muchas otras interacciones documentadas.

No es habitual encontrar experimentos concretos que ilustren y expliquen, de forma incontestable, el papel que la microbiota juega en el establecimiento del fenotipo, del aspecto, o de las características que acaba manifestando un animal, con independencia de la genética subyacente. Experimentos que convenzan a los más escépticos que todavía siguen dudando de la relevancia de la microbiota en nuestras vidas.

Hace unos días estuve en Cambridge (Reino Unido) asistiendo a un congreso de la asociación británica de ciencias de animales del laboratorio (LASA) y, tras mi charla, que versaba sobre bienestar animal en el contexto de las técnicas de edición genética CRISPR, tuve ocasión de disfrutar con una ponencia estupenda, a cargo de Christophe Galichet, investigador postdoctoral sénior histórico del laboratorio de Robin Lovell-Badge. Robin es famoso, entre otras grandes aportaciones a la biología, por haber demostrado en 1991 con ratones transgénicos que el gen Sry (que viaja en el cromosoma Y) era suficiente para desatar la cascada de acontecimientos que llevan a un embrión de mamífero a desarrollarse como macho, con todos sus órganos sexuales másculinos correspondientes, estableciendo al factor de transripción Sry como el determinante molecular de la diferenciación sexual en mamíferos.

Christophe y Robin han estado investigando sobre el papel del gen Sox3, que codifica otro factor de transcrpción, en el cerebro. En concreto en el llamado eje hipotalámico-hipofisario a través de una región del cerebro llamada eminencia media, que está en la base del hipotálamo y que viene a ser una estación de intercambio de información entre el cerebro y la glándula pituitaria o hipófisis. Se sabe que las alteraciones en el gen SOX3 (tanto mutaciones como duplicaciones) producen hipopituitarismo, deficiencia en la hormona del crecimiento (que se produce en la hipófisis) y discapacidad intelectual. En ratones mutantes en el gen Sox3 (ratones knockout) la deficiencia de este factor de transcripción impacta en animales jóvenes, a pesar de que la expresión del gen se inicia durante el desarrollo embrionario, con el bloqueo del desarrollo de células endocrinas de la hipófisis y el asociado hipopituitarismo. También aparecen alteraciones en la las células de la glia (células NG2) y en oligodendrocitos. Lo sorprendente de este fenotipo tan severo es que es reversible tanto por dosis bajas de aspirina (que inhibe la enzima Cox2), como… por cambios en la microbiota.

Estos ratones mutantes en el gen Sox3 con los que trabajaba Christophe Galichet habían sido obtenidos en el laboratorio de Robin Lovell-Badge en 2004, hacía casi 20 años. Robin Lovell-Badge y su equipo trabajaban desde 1988 en el majestuoso e imponente edificio del National Institute for Medical Research (NIMR) perteneciente al Medical Research Council (MRC), situado en Mill Hill, Londres, que se había inaugurado en 1950. Este edificio apareció en la película «Batman begins» (2005) ubicado en la imaginada Gotham City. Pero en octubre de 2016 todo su laboratorio (y el resto de laboratorios del NIMR emtre 2016 y 2017) se mudaron a la nueva sede, el Instituto Crick (The Francis Crick Institute) [que lleva el nombre del investigador británico que describió, junto a James Watson, Maurice Wilkins y Rosalind Franklin, la estructura del ADN y que recibió el Premio Nobel de Medicina por ello en 1962], un centro arquitectónicamente singular que surgió con el copatrocinio de diversas instituciones como Cancer Research UK, Imperial College London, King’s College London, MRC, UCL y Wellcome-Trust, ubicado frente a la estación ferroviaria de King’s Cross.

Cuando se trasladó el grupo de Robin del NIMR en Mill Hill al Instituto Crick en King’s Cross tuvieron lógicamente que trasladar todas sus colonias de ratones modificados genéticamente con los que investigaban. Y, claro, tuvieron que acometer rederivaciones embrionarias, es decir: obtener embriones de los ratones a trasladar en el edificio antiguo, lavarlos, trasladarlos en medio de cultivo, e implantarlos en ratonas en el nuevo centro Crick para que fueran gestados y nacieran ratoncitos limpios y sin arrastrar ninguna infección que pudiera afectar a los animales originales. Y entonces sucedió algo imprevisto. Tras rederivar los ratones mutantes en el gen Sox3 e intentar reproducir algunos de los experimentos antiguos descubrieron, para su sorpresa, que el fenotipo mutante (hipopituitarismo, deficiencia en la hormona de crecimiento, alteraciones celulares en el cerebro…) había desaparecido en los nuevos ratones que ahora tenían en el Crick, que, sin embargo, sobre el papel, eran exactamente (genéticamente) los mismos que tenían en el NIMR en Mill Hill.

Tras bastante tiempo de desconcierto y de repetir experimentos sin lograr obtener las características mutantes de los ratones deficientes en el gen Sox3 que tenían descritas y publicadas anteriormente, y tras investigar múltiples posibles causas sin éxito, llegaron a la conclusión de que el agua y la alimentación de los ratones en el nuevo centro Crick eran distintas de las que recibían los ratones en Mill Hill. Y pensaron que las microbiotas de los ratones podrían ser diferentes.

Ahora bien, cuando se percataron de ello ya se habían trasladado todos los grupos del NIMR al Crick y se había desalojado el NIMR que inicialmente iba a ser remodelado pero que finalmente fue demolido (ya no existe) en 2018. Justo antes de que eso ocurriera Cristophe volvió a su centro de origen y accedió a las dependencias del antiguo animalario del edificio a la búsqueda de restos de heces de ratones que debieron estar allí estabulados. Logró encontrar diversas muestras de heces de ratón y decidieron contactar con una empresa que les analizó los microorganismos presentes en la microbiota de esos ratones a partir de las heces encontradas. Y también analizaron la microbiota a partir de las heces de ratones del nuevo centro Crick.

Encontraron que las microbiotas de los dos animalarios, el antiguo del NIMR y el nuevo del Crick, eran totalmente diferentes, tanto en proporción como en número o diversidad de especies de microorganismos. De hecho, los ratones en Mill Hill se alimentaban con pellets de comida hecha con harinas de origen animal mientras que en el Crick decidieron alimentar los ratones con harinas de origen marino, de peces diversos, no de animales terrestres. La proporción de proteina, grasa y fibra era muy similar, pero el origen de los productos usados (los animales empleados) para fabricarlas era distinto. Adicionalmente las jaulas en Mill Hill eran abiertas, con una rejilla superior pero sin tapa de plástico que las aislará del exterior, mientras que en el Crisk eran cerradas, lo que hoy en día se denominan microaisladores. En Mill Hill la microbiota era predominantemente de bacterias del grupo Bacteroidetes mientras que en el Crick predominaban las bacterias del grupo Firmicutes, especies muy distintas. Tal diferencia en las microbiotas les llevó a plantear la hipótesis de que quizá esa fuera la causa de la desaparición del fenotipo y procedieron a realizar un experimento de trasplante fecal, usando los servicios externos de una empresa.

En primer lugar rederivaron los ratones mutantes en el gen Sox3 del Crick (los únicos que tenían en estos momentos) a unos ratones sin gérmenes (germ-free), es decir, sin microbiota, en aisladores ad hoc. Posteriormente, estos ratones mutantes Sox3 sin microbiota recibieron por via oral el trasplante fecal de la microbiota derivada a partir de las muestras de heces encontradas en el centro anterior NIMR en Mill Hill. El trasplante fecal funcionó y los ratones recuperaron la microbiota original de Mill Hill y, lo que es más sorprendente, los ratones mutantes Sox3 con la nueva microbiota de Mill Hill volvieron a mostrar el fenotipo mutante de hipopituitarismo descrito en el NIMR que había desaparecido al trasladarse al Crick.

Un experimento sencillamente genial que demuestra hasta dónde puede llegar la influencia de la microbiota en la salud/enfermedad de los animales, mostrando u ocultando las consecuencias de esta mutación genética en estos ratones. Los ratones mutantes Sox3 en Mill Hill o en el Crick eran genéticamente idénticos, pero solamente los primeros mostraban los efectos de la mutación, efectos que desaparecían en el nuevo centro. Y que solo pudieron recuperarse al trasplantar la antigua microbiota de Mill Hill a los ratones del Crick. ¡Bravo!

En estos momentos el laboratorio de Christophe y Robin tienen en el animalario del Crick dos colonias de ratones genéticamente idénticos, mutantes en el gen Sox3, unos con la microbiota del NIMR (y con fenotipo mutante) y otros ratones con la microbiota del Crick (y sin fenotipo mutante).

Quienes estéis interesados en saber todos los detalles de este sorprendente experimento los podéis encontrar en el manuscrito que Cristophe y Robin han subido al repositorio de preprints bioRxiv. Espero que publiquen bien y pronto esta extraordinaria historia porque, para mi, es uno de los ejemplos más evidentes, claros e incontestables del efecto de la microbiota en el fenotipo de ratones mutantes en un gen.

La genética no lo es todo: dejen paso a la microbiota.