Los microbios, ya sea en nuestro medio ambiente o en nuestros cuerpos, existen en comunidades donde los miembros individuales se influyen entre sí. Para comprender mejor la dinámica de estas comunidades de múltiples especies, los investigadores pueden cultivar microbios en cocultivo en lugar de hacerlo de forma aislada. A menudo, las configuraciones de cocultura son hechas a medida, y su desarrollo y validación requieren mucho tiempo y recursos. Además, la estandarización es un desafío con los sistemas de cocultivo personalizados, lo que afecta las colaboraciones y la reproducibilidad.
En este Innovation Spotlight, Julia Swavola, jefa de producto de Cerillo, analiza los desafíos comunes que presentan los experimentos de cocultivo microbiano y cómo el sistema Duet de Cerillo ayuda a los científicos a superarlos.
Julia Swavola, PhD
Jefe de Producto
cerillo
¿Qué esperan aprender los investigadores de los experimentos de cocultivo microbiano?
Los microbios existen naturalmente en diversas comunidades. Los factores que afectan el crecimiento microbiano dentro de un microbioma son complejos y dinámicos. Los investigadores llevan a cabo experimentos de cocultivo para observar y estudiar el comportamiento de una población microbiana dentro de una comunidad similar a cómo existiría en la naturaleza.
¿Cuáles son algunos de los principales desafíos relacionados con la investigación que involucra poblaciones microbianas?
Los mayores desafíos en la investigación del microbioma son la complejidad y la variabilidad. La biología de una sola célula conlleva una enorme complejidad. El estudio de los microbios que existen en comunidades dinámicas, influenciadas por el medio ambiente y otros miembros de la comunidad, incluido su huésped, aumenta exponencialmente esa complejidad. El impacto ambiental en el fenotipo y el comportamiento puede introducir variabilidad, dificultando aún más la obtención de conclusiones significativas y la colaboración entre diferentes grupos, con diferentes equipos y protocolos.
La secuenciación puede decirte qué hay ahí, pero no qué está haciendo. Los microbios son como cualquier organismo; saber lo que hay es sólo una fracción de la historia. Apoyar y mejorar la salud de cualquier ecosistema, desde la selva tropical hasta el microbioma, requiere una comprensión de las interacciones entre los miembros de ese ecosistema. La secuenciación no puede proporcionar esa comprensión.
¿Por qué es tan importante la estandarización para este tipo de investigación?
Las intervenciones en el microbioma son la clave para mejorar la salud, desde la salud ambiental para la agricultura y la preservación de los arrecifes de coral hasta la salud intestinal, reproductiva y mental. Pero la investigación del microbioma es difícil y compleja. Muchos laboratorios tienen congeladores que contienen miles de poblaciones microbianas aún por estudiar, individualmente y en consorcios. La única forma de abordar un espacio tan grande y complejo es mediante la colaboración. Pero con un sistema tan dinámico y afectado por pequeños cambios ambientales como el microbioma, la colaboración y reproducción del trabajo realizado en diferentes laboratorios puede resultar extremadamente difícil. La estandarización es clave, ya que garantiza que todos comiencen desde el mismo lugar y permite a los colaboradores analizar datos a través de la misma lente.
Si bien trabajar con cultivos microbianos en placas puede resultar tedioso y costoso, los sistemas de cocultivo líquido pueden proporcionar resultados más rápidos y confiables.
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¿Cómo funciona el sistema de cocultura Duet y cuáles son sus beneficios?
Diseñado por investigadores para investigadores, Duet aborda los puntos débiles de los sistemas tradicionales y ofrece nuevas capacidades que hacen que los estudios de cocultivo sean más fáciles, rápidos y reproducibles. Duet cambia fundamentalmente la forma en que los investigadores abordan los experimentos de cocultura de varias maneras.
Por ejemplo, a diferencia de los sistemas Transwell®, Duet permite el análisis cuantitativo en tiempo real de ambas poblaciones de células. Su compatibilidad con lectores de placas y otros ensayos permite a los investigadores recopilar datos dinámicos a lo largo de un experimento. Duet está optimizado para la automatización, lo que lo hace compatible con manipuladores de líquidos y flujos de trabajo de alto rendimiento. Los cambios de medios, el muestreo y la configuración de ensayos se vuelven más rápidos y confiables.
El método actual para recopilar datos cuantitativos sobre la dinámica de la población es mediante ensayos que implican placas. En comparación con el cultivo en placa, los datos que se recopilan a través de cultivos líquidos Duet son un orden de magnitud más precisos, el estudio del cultivo líquido en lugar del recuento de colonias hace que los datos estén disponibles uno o dos días antes, los datos se registran de forma dinámica y automática en lugar de contarlos en placas, y Es menos costoso porque el sistema no depende de placas de agar.
Los yacimientos orientados horizontalmente de Duet eliminan los riesgos de chapoteo y contaminación asociados con las configuraciones verticales donde los Transwells se manipulan e insertan manualmente en pozos de placa abierta. El diseño Duet hace que el pipeteo sea más rápido y sencillo y no requiere manipulación manual, lo que minimiza el riesgo de contaminación y garantiza la coherencia incluso durante estudios a gran escala. Finalmente, la membrana permeable orientada verticalmente es lo suficientemente resistente como para soportar manipulaciones rutinarias sin romperse, lo que reduce la pérdida de experimentos debido a daños accidentales.
¿Cómo resuelve este sistema algunos de los problemas relacionados con la investigación de poblaciones microbianas?
Duet no es sólo un perfeccionamiento de las herramientas existentes: está abriendo nuevas posibilidades para los estudios de interacción microbiana y celular. Los investigadores ya están utilizando Duet para investigar la dinámica microbiana con mayor precisión, incluidos estudios de resistencia a los antimicrobianos e interacciones entre especies cocultivadas. Su diseño permite obtener conocimientos más profundos sobre cómo los microbios cooperan positivamente o compiten negativamente, algo fundamental para comprender las funciones de la comunidad microbiana.
¿Cuáles son algunas de las vías de investigación más interesantes que se están llevando a cabo con este sistema?
Los científicos han utilizado el sistema de cocultivo Duet para estudiar aplicaciones enormemente diversas y apasionantes, desde antibióticos para microbios resistentes a los antimicrobianos y concentraciones mínimas de fármacos inhibidores hasta interacciones microbianas líticas y la salud pulmonar, intestinal y de la mujer. Incluso tenemos investigadores que utilizan el cocultivo Duet para estudiar la formación de cálculos renales de estruvita y la dinámica de crecimiento del microbioma intestinal en bebés prematuros y su respuesta a los componentes de la leche materna.
El sistema también ha demostrado ser valioso en la investigación de células de mamíferos. Por ejemplo, su facilidad de uso y escalabilidad son ideales para estudiar la comunicación celular o la detección de alto rendimiento de posibles compuestos terapéuticos. La capacidad de recopilar datos en tiempo real de ambos lados de la membrana mejora la confiabilidad del experimento y acelera el descubrimiento.
¿Cuál cree que es la próxima frontera para la investigación que involucra interacciones microbianas?
Los microbios deben estudiarse fenotípicamente y en consorcios. Las empresas que desarrollan productos terapéuticos o basados en microbiomas que comprenden y aceptan el desafío de estudiar los microbios en su estado nativo han logrado avances increíblemente interesantes. A medida que los científicos desbloquean las herramientas para abordar la complejidad de la investigación microbiana y potenciar las colaboraciones, su capacidad para comprender y mejorar la salud de las personas, las comunidades y el planeta es infinita.