La vida y evolución del microbioma
DE LA FLORA INTESTINAL AL MICROBIOMA
El término microbioma lo acuñó, en 2001, Joshua Lederberg, biólogo molecular estadounidense que fue uno de los tres investigadores que obtuvieron en 1958 el Premio Nobel de Medicina. Se lo otorgaron por sus estudios genéticos en bacterias. Lederberg afirma que los microorganismos simbióticos y nosotros formamos una gran unidad metabólica, reconociendo que aquellas bacterias que se localizan en nuestro organismo, en realidad, nos están protegiendo.
En los últimos años, la investigación biomédica no ha dejado de avanzar en el conocimiento de la microbiota intestinal (flora intestinal hasta 2014), pero es mucho más lo que desconocemos de la misma que lo que hemos llegado a conocer en estos últimos tres siglos.
Microbiota hace referencia a la comunidad de microorganismos vivos residentes en un nicho ecológico determinado, como el intestino (colon) humano. El microbioma es el conjunto formado por los microorganismos, sus genes y sus metabolitos en un nicho ecológico dado. En el microbioma fecal humano se han identificado unos 9,9 millones de genes microbianos.
Metagenoma es todo el material genético presente en una muestra ambiental, en nuestro caso, el conjunto del genoma humano y bacteriano (microbiano, en general).
Los patobiontes son los microbios endógenos benignos que tienen la capacidad, en condiciones de un ecosistema alterado (disbiosis), de provocar determinadas patologías.
La disbiosis es la pérdida del equilibrio entre las células de un organismo humano y las células bacterianas (microbianas, en general) que lo habitan.
Finalmente, holobionte, también llamado superorganismo, hace referencia a la totalidad de organismos en un ecosistema dado (en nuestro caso, los seres humanos y el ecosistema microbiano compartidos). Los humanos somos, de hecho, superorganismos gobernados, en parte, por los microorganismos que hospedamos .
La gran mayoría de las bacterias, más del 90%, residen en el colon, habiéndose estimado previamente en torno a unas 1014, es decir, unos 100 billones . Estudios mucho más recientes y con unas técnicas mucho más precisas, han concluido que el volumen de bacterias en el colon es de unas 1011 por gramo. Considerando que el volumen del colon es de unos 0,4 l o kg (400 g), se concluye que hay en torno a 3,8 x 1013 (38 billones) bacterias en el colon en un "hombre de referencia", entendiendo por este a un hombre de entre 20 y 30 años, con un peso en torno a los 70 kg y una altura de unos 170 cm, tal como se recoge en la literatura . Revisando la literatura, no parece que las concentraciones bacterianas del colon se modifiquen de forma significativa a lo largo del tiempo, de niño a anciano .
En cuanto al número de células humanas, se ha estimado, de forma global, que en un hombre adulto estándar existen unas 3,0 x 1013, unos treinta billones, el 84% de las cuales (25 x 1012) son eritrocitos. Podría pensarse que el hombre es un transportador de bacterias.
Con estos números actualizados, la ratio entre bacterias y células humanas es de aproximadamente 1,3 (en un varón de 70 kg), casi 1:1, que debe reemplazar los valores 10:1 o 100:1 que se indicaban en la literatura hasta que se ha dispuesto de mediciones más precisas .
El microbioma intestinal es inmensamente diverso. Alberga más de 1.000 especies bacterianas diferentes , principalmente anaerobias , y su número y diversidad aumentan con la edad, aunque hay estudios que refieren lo contrario, una reducción y pérdida de diversidad de la microbiota asociados con el envejecimiento, con un funcionamiento deficiente y disbiótico asociados a la edad, factores ambientales y estilo de vida .
El microbioma está definido, principalmente, por dos filotipos de bacterias, Firmicutes y Bacteroidetes (estos últimos suponen el 90% de la microbiota intestinal) y, en menor medida, Actinobacterias. Los primeros incluyen un gran número de géneros, siendo los más importantes los Lactobacillus y Clostridium. Las Bacteroidetes incluyen bacterias pertenecientes al género Bacteroides y al Prevotella. El género principal perteneciente al filo Actinobacteria en el intestino humano es Bifidobacterium.
Respecto a las funciones metabólicas, habría que destacar
La fermentación bacteriana anaerobia de los carbohidratos de la fibra dietética conduce a la formación de ácidos grasos de cadena corta (AGCC), que son el combustible respiratorio preferido de los colonocitos y tienen un efecto antiinflamatorio, al inhibir ciertas citoquinas proinflamatorias, e, interesantemente, pueden inducir la apoptosis de células malignas en el cáncer de colon .
Los AGCC producidos por la fermentación de los carbohidratos son acetato, propionato y butirato, que son absorbidos por el colon . La mayor parte del propionato es metabolizado en el hígado, donde actúa reduciendo los niveles séricos de colesterol y glucosa . El butirato proporciona la mayor fuente de energía para las células del epitelio colónico. Los AGCC promueven la integridad de las uniones celulares en el colon, aumentan la velocidad de proliferación de las células epiteliales, aceleran la reparación epitelial en respuesta a la lesión y facilitan la diferenciación de las células epiteliales con los consiguientes efectos contra el cáncer de colon .
La microbiota intestinal actualmente se ve como un nuevo factor implicado, cada vez más, en el manejo del peso corporal. Puede participar en el metabolismo energético a través de la energía obtenida de la dieta, en la regulación del almacenamiento de la grasa corporal, en la regulación de la lipogénesis, o en la regulación de la oxidación de los ácidos grasos. Las evidencias actuales sugieren que ciertos cambios en la microbiota intestinal, en concreto un aumento de los Firmicutes y disminución de los Bacteroidetes , juegan un papel importante en la génesis y mantenimiento de la obesidad en el humano, probablemente interactuando con factores genéticos. Además de otros muchos mecanismos , uno de los más importantes que parecen contribuir a la obesidad incluye una mayor obtención de energía del colon a través de la fermentación de los carbohidratos no absorbibles . Aparte, y en sentido contrario, parece ser que los cambios en la microbiota intestinal también pueden jugar un papel decisivo en la anorexia nerviosa, con la grave pérdida de peso que se produce, incluso en los trastornos mentales (ansiedad y depresión) que se asocian .
La microbiota intestinal sintetiza la vitamina K y varios componentes de la vitamina B, incluida la vitamina B12 , aunque es improbable que esta última esté disponible directamente para el huésped humano, debido a la fisiología de la absorción de la misma, que requiere la unión al factor R en el estómago, la transferencia al factor intrínseco en el intestino delgado y la absorción del complejo en el íleon terminal.
La composición de la microbiota intestinal es muy variable entre los adultos aunque se ha visto que los individuos de la misma familia comparten comunidades más similares que aquellos que no están emparentados, como cabe esperar. Un estudio en el que utilizaron gemelos, observaron que los gemelos monocigóticos revelan mayor similitud en sus respectivas microbiota intestinales que los gemelos dicigóticos. Por otro lado, otros estudios han sugerido que existe una influencia en la composición del microbioma por genes específicos. Un estudio reciente en el que usan la secuenciación metagenómica del ser humano, con el Proyecto Microbioma Humano de su lado, ha comprobado que existen asociaciones entre la variación genética de todo el genoma humano y el microbioma, e identificaron una asociación entre el gen LCT y la abundancia de las bacterias del género Bifidobacteria.
Esto hace pensar que tanto los determinantes genéticos como ambientales podrían subyacer a esa similitud de microbioma en las familias. Entre los factores ambientales que determinan la estructura de la microbiota intestinal se encuentran la dieta, la edad, la geografía, el consumo de medicación, el índice de masa corporal y/o el sexo, entre otros. Es decir, estas variables han sido determinadas previamente como influyentes de la microbiota intestinal y todos ellos juegan un papel fundamental en la variabilidad del microbioma siendo la dieta y la edad las más importantes.
Diversos estudios han puesto de manifiesto que los tres filos bacterianos predominantes en la microbiota intestinal son:
Firmicutes (Abundancia relativa = 65 %)
Bacteroidetes (Abundancia relativa = 23 %)
Actinobacteria (Abundancia relativa = 5 %)
Mantener una microbiota intestinal saludable es como cuidar el césped de nuestro jardín
Como sucede con la hierba de nuestro jardín, dejar que la microbiota intestinal se recupere espontáneamente tras sufrir algún desequilibrio no es necesariamente la mejor opción.
Aquí tenemos los elementos que nos ayudarán a fomentar una microbiota intestinal saludable:
1) Los prebióticos: actúan como un fertilizante para nuestros microbios intestinales y fomentan el crecimiento de las bacterias intestinales beneficiosas. La mejor manera de nutrir nuestra microbiota intestinal es marcarnos el objetivo de consumir semanalmente 30 alimentos de origen vegetal distintos (incluyendo frutas, verduras, cereales integrales, legumbres, frutos secos y semillas), naturalmente ricos en fibras prebióticas.
La buena noticia es que la calidad de la dieta (es decir, la diversidad de componentes de los alimentos) es más relevante que la cantidad de calorías en sí para cuidar de nuestra microbiota intestinal, incluso en personas mayores.
2) Los probióticos: ayudan a sembrar el intestino con microbios beneficiosos específicos. Los probióticos son una buena forma de ingerir la cantidad y diversidad apropiadas de microorganismos beneficiosos, principalmente compuestos por bacterias, pero también levaduras.
Los científicos han recurrido asimismo a compuestos producidos por microorganismos, liberados por componentes alimentarios o constituyentes microbianos, incluidas células no viables, que tienen el potencial de mejorar salud y bienestar cuando se administran en cantidades adecuadas. Estos se conocen conjuntamente como postbióticos.
3) Los simbióticos: una combinación de microorganismos vivos y uno o más sustratos utilizados selectivamente por microorganismos del huésped que confiere un beneficio para la salud.
¿Busca usted ideas sencillas para incluir simbióticos en su dieta? Combine en la misma comida un alimento prebiótico y un alimento fermentado probiótico (yogur con frutos secos y semillas, por ejemplo).
4) La cuarta y última forma de mantener ese césped microbiano intestinal en forma es trasplantar todo el ecosistema microbiano, el equivalente de diseminar nuevas semillas y trasplantar nueva vegetación sobre la hierba dañada por las heladas. Es importante destacar que para minimizar el riesgo de factores adversos y la transmisión involuntaria de afecciones relacionadas con el microbioma intestinal, este trasplante de microbiota fecal solo debe utilizarse bajo supervisión médica en un hospital (la siembra vaginal es otro procedimiento sobre el que los médicos han alertado por los peligros potenciales a los que se expone a los bebés).
Los resultados de los trasplantes fecales (también conocidos como bacterioterapia) han obtenido asimismo resultados esperanzadores en el tratamiento de afecciones que no están relacionadas directamente con el intestino, como la obesidad. Se ha prestado una especial atención al estudio del tratamiento de infecciones causadas por Clostridioides difficile que no responden a los antibióticos. Hoy en día, esta superbacteria se considera una amenaza para la salud pública, por ser causa de aproximadamente medio millón de enfermedades y miles de muertes anuales solo en Estados Unidos.
Los científicos también han comenzado a trabajar en nuevos tratamientos alternativos al trasplante de microbiota fecal para restaurar la diversidad del microbioma intestinal y reducir el riesgo de infección por C. difficile. Por ejemplo, se ha aprobado por la FDA la administración al intestino de un cóctel de microbios específicos previamente sometidos a controles de calidad adecuados llamado Rebyota de Ferring Pharmaceuticals se convirtió en la primera terapia basada en microbioma aprobada para tratar la CDI recurrente.
IMPACTO DE LA DIETA EN LA COMPOSICIÓN DE LA MICROBIOTA
Lo que comemos influye mucho en la estructura y en la composición de las comunidades microbianas del intestino. La primera prueba de ello se obtuvo mediante la comparación de muestras de microbiota fecal de distintas especies de mamíferos. La microbiota de los herbívoros se diferencia claramente de la de los omnívoros o carnívoros exclusivos. Por tanto, la dieta habitual parece ser el principal determinante de la composición microbiana intestinal cuando se comparan muestras de distintas especies. Así, la microbiota fecal humana es similar a la de especies de primates omnívoros. La variedad de alimentos de la dieta omnívora y el estilo de vida libre de nuestra especie son probablemente los principales factores que afectan la composición de la microbiota intestinal humana .
Este dato cobra gran importancia cuando existen diferencias entre la dieta de distintas poblaciones humanas. En estudios realizados en la etnia hazda, en Tanzania, pueblo de cazadores y recolectores y con una dieta rica en fibra (frutas, raíces y tubérculos) y muy baja en grasas, presenta una microbiota mucho más diversa y rica en la que predomina el género Prevotella, modelo de bacterias adaptadas a recuperar la energía y nutrientes de alimentos ricos en fibra vegetal . Estudios similares se han observado en etnias amazónicas de Brasil y Perú. En cambio, las sociedades industrializadas tienen un predominio de Bacteroides, por el consumo de alimentos proteicos y grasa, que presentan un elevado contenido energético. Especial interés tiene el estudio de Di Filippo et al., que comparó la microbiota de niños africanos (de Burkina Faso) con la de niños europeos (de Italia). Los primeros tienen mayor presencia de especies del género Prevotella, menor abundancia de especies de Bacteroides, mayor diversidad microbiana y mayor producción de ácidos grasos de cadena corta. Es razonable especular que la dieta agraria de Burkina Faso (rica en carbohidratos complejos, fibra y proteína no animal) en comparación con la dieta occidental (rica en proteínas y grasas animales, azúcares, almidones y pobre en fibra) tiene un papel determinante en las diferencias observadas .
Por lo tanto, el incremento de la ingesta alimentaria con proteínas y grasa animal junto con la ausencia del consumo de fibra dietética aumenta la abundancia de microorganismos tolerantes de las sales biliares (Alistipes, Bilophila y Bacteroides) y disminuye los niveles de especies que metabolizan los carbohidratos complejos de los vegetales (Roseburia, Eubacterium rectale y Ruminococcus bromii). Por el contrario, el consumo abundante de fibra dietética, frutas, verduras y otros vegetales se asocia con incrementos importantes de las especies fermentativas. En conclusión, la mayor proporción de Prevotella en la microbiota intestinal del humano adulto es un marcador de regímenes dietéticos propios de áreas rurales y cultura agraria, mientras que una mayor proporción de Bacteroides se asocia con residencia en regiones industrializadas y hábitos dietéticos propios de la vida urbana.
La relación inversa de los enterotipos Prevotella y Bacteroides debido a la dieta puede conducirnos a ser más propensos a padecer enfermedades cardiovasculares.
En personas de edad avanzada, se observan diferencias importantes entre las personas mayores residentes en la comunidad frente a las que viven de modo permanente en residencias de la tercera edad. Al analizar con detalle las dietas habituales en los distintos entornos, se detectó que los que viven de manera independiente en sus domicilios suelen consumir dietas altas en frutas, verduras y fibra y bajas en grasas. Por el contrario, los ancianos de las residencias consumen más grasas y menos fibra, por lo que tienen más cantidad de bacterias potencialmente perjudiciales (proteobacterias y clostridios) y menor de las beneficiosas (lactobacilos y bifidobacterias) . Estos datos se relacionaron con unos parámetros analíticos indicadores de mayor susceptibilidad a padecer enfermedad cardiovascular en estos últimos .
Un caso especial son las dietas de adelgazamiento, altas en proteínas y bajas en hidratos de carbono, puestas de moda en los últimos años y que siguen muchas personas sin control médico, lo que puede tener efectos indeseables sobre la microbiota, sobre todo si son prolongadas. La fibra dietética tiene efectos antioxidantes protectores sobre el intestino y es precursora de compuestos como el ácido butírico, mientras que el exceso de proteínas puede generar metabolitos asociados al cáncer. El ayuno prolongado o cambios en las rutinas de nuestras comidas (horarios, viajes transoceánicos, etc.) también afectan a nuestra microbiota y, consecuentemente, a nuestra salud .
La dieta puede alterar el metabolismo funcional del microbioma intestinal. Muchos ingredientes de los alimentos no son absorbidos por el organismo, sino que son sustratos para la actividad metabólica de la microbiota intestinal, que luego puede producir otras moléculas útiles para el hospedador. Por ejemplo, los hidratos de carbono no digeribles en la dieta son fermentados por la microbiota intestinal para producir ácidos grasos de cadena corta, con un número de funciones beneficiosas para el individuo.
Escrito por: Mariana Valverde
Revisado por: Penélope Gómez
