En los últimos 70 años hemos visto una acelerada y dramática pérdida de biodiversidad a escala mundial. Esa pérdida ha sido más notable en las zonas tropicales y del Sur Global. Son múltiples las causas de la disminución en la biodiversidad, pero entre ellas destacan las que conllevan una transformación del hábitat para dar paso a las actividades humanas, en particular la deforestación, la agricultura, la ganadería y la urbanización.
De manera paralela a la pérdida de la biodiversidad, se han incrementado los brotes de enfermedades infecciosas emergentes y reemergentes, específicamente las que son transmitidas por animales. Estas enfermedades son conocidas como enfermedades zoonóticas, definidas técnicamente como cualquier enfermedad infecciosa que se transmite de los animales no humanos al ser humano y viceversa.
Por un lado, la pérdida de biodiversidad y la transformación de la naturaleza pueden provocar un cambio en las dinámicas de los ecosistemas, es decir, en las relaciones entre todos los componentes del ecosistema (la flora y la fauna, los factores abióticos como el suelo y los nutrientes, etc.), al alterar las relaciones entre organismos potencialmente patógenos y sus hospederos. Por otro lado, al alterar el entorno se difumina la frontera entre las zonas más o menos conservadas y las habitadas por los seres humanos, lo que facilita e incrementa el contacto directo entre la gente, sus mascotas y los animales de granja con la fauna silvestre y sus patógenos asociados. Las especies silvestres o domésticas que utilizan recursos de zonas antrópicas son conocidas como animales sinantrópicos. Además, la sobreexplotación de recursos naturales, la caza y el tráfico ilegal de fauna silvestre también aumentan el riesgo potencial de las zoonosis.
Todos los animales, plantas y hongos multicelulares dependen de microorganismos para sobrevivir. A dichos microrganismos asociados los llamamos microbioma, que son virus, bacterias, arqueas y hongos microscópicos. Los organismos que conforman el microbioma viven y proliferan en la piel, el sistema respiratorio, reproductivo, digestivo y otras partes del cuerpo de los animales y los seres humanos. Como un ejemplo de su utilidad, el microbioma ayuda a digerir los alimentos que de otra manera los animales no podrían asimilar y contribuyen a mantener su sistema inmunitario sano. El microbioma en las plantas habita en las raíces, tallos y hojas y facilita la obtención de nutrientes como el nitrógeno; además, ayuda a la protección contra depredadores y parásitos, y puede facilitar su supervivencia en ambientes desérticos o muy húmedos.
El microbioma en general representa una relación mutualista, esto quiere decir que los microorganismos también se benefician, ya que sus hospederos les proveen recursos y un ambiente adecuado para completar su ciclo de vida. Al conjunto del organismo hospedero y su microbioma se le conoce como holobioma. El trabajo de científicas y científicos ha permitido conocer que el microbioma varía en relación con diversos aspectos del hospedero, incluyendo sus características genéticas, dieta, sexo, etapa de desarrollo, conducta y respuesta inmunitaria. El microbioma a su vez regula funciones fisiológicas del hospedero, como la eficiencia alimentaria, el balance de nutrientes, el crecimiento, la resistencia o desarrollo de enfermedades, entre otras.
El paisaje, en el sentido ecológico de la palabra, es otro factor clave en la dinámica de la relación hospedero-microbioma. Las variables climáticas (como la temperatura y la humedad), las ambientales (como la altitud sobre el nivel del mar, la topografía y la vegetación, así como la presencia de ríos y montañas) y las antropogénicas (incluyendo carreteras, zonas agrícolas, infraestructura urbana), al igual que la configuración en la matriz del paisaje (o sea, si se distribuyen los ambientes en parches, bordes, corredores, etc.), afectan la composición, la transmisión y la incidencia de las comunidades microbianas.
La modificación del paisaje y la transformación antropogénica de los ecosistemas han modificado a las poblaciones de animales silvestres y a sus comunidades microbianas asociadas alterando las relaciones biogeográficas (de los seres vivos con su ambiente) y evolutivas (entre los seres vivos a lo largo de su historia evolutiva) que han establecido hospedero y huéspedes durante millones de años. Al desbalance en las comunidades del holobioma se le conoce como disbiosis. Dentro de la disbiosis se reconocen varios procesos no excluyentes, entre ellos la pérdida de diversidad de microorganismos del microbioma, la pérdida de microorganismos benéficos específicos y el incremento de organismos patógenos.
Con base en todo lo anterior, es necesario conocer con claridad los efectos de la perturbación del ambiente en la interacción humano-animal para determinar los procesos de disbiosis y el potencial origen de enfermedades emergentes y reemergentes. Sin duda, este es uno de los grandes retos de investigación de nuestro siglo.
La Unidad Mérida del Instituto de Ecología y el proyecto del holobioma en la península de Yucatán
En 2015 inició el proyecto de desarrollar un nodo del Laboratorio Nacional de Ciencias de la Sostenibilidad (LANCIS) del Instituto de Ecología de la UNAM en la península de Yucatán, que visionariamente más tarde creció para ser una unidad académica: la Unidad Mérida del Instituto de Ecología. Su sede natural fue la ciudad de Mérida, donde ya existía una fuerte presencia de centros de investigación estatales y de nuestra universidad. Tomó varios años y tres responsables de la dirección del Instituto —los doctores César Domínguez, Constantino Macías y la doctora Ana Escalante— para que finalmente el 28 de julio de 2023 se inaugurara oficialmente el edificio que alberga nuestra sede foránea.
La meta de esta unidad es
…consolidar un grupo de trabajo académico multidisciplinario que se integre con el resto de las entidades de la UNAM y de la región, mediante colaboraciones para la investigación y la gestión ambiental sostenible para la reducción de la vulnerabilidad regional ante escenarios de cambio climático.
Son varios los objetivos de esta unidad, entre los cuales aquí resaltamos el de realizar investigación en áreas de ecología, evolución urbana, genómica, epidemiología y enfermedades emergentes.
En ese contexto, desde el año 2020, las doctoras Ella Vázquez Domínguez y Luisa Falcón Álvarez, del Instituto de Ecología, y el Dr. Gerardo Suzán Azpiri, de la Facultad de Medicina Veterinaria y Zootecnia, ambas instituciones de la UNAM, propusimos un proyecto multi e interdisciplinario en la península de Yucatán. Nuestro equipo conjunta una amplia experiencia en ecología molecular (estudio de la relación entre los organismos y el ambiente con base en la teoría y las herramientas de la genética y la genómica), ecología animal y microbiana (estudio de los microorganismos en el ambiente y sus interacciones) y epidemiología de fauna silvestre (estudio de las enfermedades zoonóticas). La combinación de estas disciplinas nos permite abordar el estudio de las enfermedades zoonóticas desde un enfoque único y novedoso. Afortunadamente obtuvimos un significativo financiamiento del Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT) de la UNAM.
Así, en 2021, y todavía bajo las diversas restricciones resultado de la pandemia de covid-19, iniciamos el proyecto Monitoreo y diagnóstico integral de la diversidad del holobioma (microbioma y viroma), con énfasis en SARS-CoV-2, en la interfaz humano-animal en la península de Yucatán, con un numeroso equipo de investigadores colaboradores (de dependencias de la UNAM e instituciones del estado de Yucatán), estudiantes de licenciatura, posgrado y becarios posdoctorales.
El objetivo principal de nuestro proyecto es recopilar e integrar información genética de hospederos (sobre todo de especies de murciélagos y roedores silvestres), la diversidad del microbioma asociado y las características del paisaje, para entender cómo evoluciona el hospedero y su microbioma (holobioma) en relación con el paisaje donde se distribuye. Para ello, primero caracterizamos el paisaje describiendo los factores que lo componen, por ejemplo, el tipo de vegetación, el uso de suelo, ciertas variables climáticas y antrópicas, entre otros. Para obtener la información sobre el microbioma de los animales silvestres y sinantrópicos utilizamos herramientas moleculares y secuenciación genómica. Con base en ello estimamos la riqueza, composición y diversidad filogenética del microbioma. También evaluamos los niveles de diversidad y diferenciación genética de los hospederos (las especies de ratones y de murciélagos) con datos genómicos. Finalmente, determinamos cuál es la relación entre el paisaje, la genética poblacional del hospedero y los patrones de diversidad de su microbioma a lo largo del gradiente de más urbanizado a más conservado en la península de Yucatán.
Primeros resultados del proyecto
Durante estos tres años hemos realizado diferentes actividades de campo, laboratorio, gabinete (procesamiento de imágenes satelitales para evaluar el paisaje), bioinformáticas (análisis de datos genómicos) y divulgación. Aquí queremos compartir algunos de los resultados más sorprendentes que tenemos hasta ahora sobre la caracterización del paisaje en el área de estudio, sobre qué sucede ecológicamente con los murciélagos y roedores que viven ahí, y las características más relevantes del microbioma bacteriano (el bacterioma) del intestino en los roedores.
Para nuestro estudio (véase figura 1) nos preguntamos si cambian las características del microbioma en un gradiente regional, desde Mérida (ambiente urbano) a Tizimín (semiconservado) y, por último, a Calakmul (conservado). También queremos saber qué pasa dentro de cada región en un gradiente local que también cubre localidades urbanas, semiconservadas y conservadas.
