Congreso UEGW – Estructura y función de la microbiota intestinal: Lo que debe saber el gastroenterólogo
La Microbiota intestinal y el manejo de la salud digestiva fue uno de los destacados temas de interés científico desarrollado en la 21 st United European Gastroentrology Week, organizado por la Unión Europea Gastroenteróloga y realizada en laciudad de Berlín, Alemania.
En un artículo publicado en Science en 1993 JW Shopf describió la presencia de microorganismos del tipo de las cianobacterias en fósiles de más de 3500 millones de años de antigüedad provenientes de África y Australia.
El análisis de los componentes carbonados de estos hallazgos sugirió que podían haber tenido un activo metabolismo. Considerando la historia del planeta este hallazgo confirmaría que esos microorganismos antecedieron en varios millones de años a la aparición de la vida animal y del surgimiento del hombre.
Considerando estos distintos orígenes se debe recordar que desde el punto de vista evolutivo existen grandes diferencias entre las células prokariotas, entre las que están presentes las bacterianas y las células eukariotas en animales y humanos.
Las bacterias poseen un material genético que no está rodeado de membrana, con escaso número de genes y alta incidencia de captura de genes extraños; además, para asegurar su supervivencia requieren el desarrollo de una vida altamente comunitaria. Por lo tanto, tienen amplia capacidad para obtener energía metabólica del ambiente y realizar la síntesis de componentes esenciales dentro de la comunidad. Por el contrario, las células eucariotas se caracterizan por la acumulación de un gran número de genes que están envueltos y protegidos por una membrana nuclear específica, por lo que tienen un bajo potencial para el intercambio genético con el exterior.
Por otra parte, han sufrido una ancestral pérdida de los genes necesarios para la biosíntesis de componentes esenciales (aminoácidos y vitaminas) y para obtener energía de fuentes complejas. Por lo tanto, necesitan la relación simbiótica con las comunidades microbianas del intestino, las cuales se han adaptado evolutivamente para proporcionar componentes esenciales y para obtener energía de diferentes fuentes (1).
Las comunidades de la microbiota intestinal conforman un poderoso “órgano” del cuerpo humano con funciones bien definidas: i) nutrición [fermentación de sustratos no digeribles que resulta en la producción de ácidos grasos de cadena corta; absorción de iones, producción de aminoácidos esenciales y vitaminas]; ii) defensas [efecto de barrera que previene la invasión por microbios extraños]; iii) importantes efectos tróficos sobre el epitelio intestinal: el sistema inmune [desarrollo y homeostasis de la inmunidad intestinal]; iv) órganos distantes, incluyendo el sistema nervioso central a través de las vías de comunicación intestino-cerebro(2).
La microbiota presente en el colon es el centro de ese órgano metabólico. Dentro del mismo se distinguen dos áreas bien caracterizadas:
• En el colon proximal existe una elevada concentración de sustratos, se genera predominantemente sacarolisis, por eso el pH es más bien ácido (5-6), lo cual facilita el rápido crecimiento bacteriano.
• Por el contrario, en el colon distal la disponibilidad de sustratos es baja, hay mayor predominio de proteolisis, y el pH es neutral; por lo cual el crecimiento bacteriano es más bien lento.
El intestino está protegido a partir de una importante presencia de estructuras linfáticas asociadas que se ubican estratégicamente a lo largo de su recorrido en estrecha relación con la luz, y estratégicamente instaladas en función de la importante concentración bacteriana (3).
Se pueden mencionar las placas de Peyer ubicadas en el intestino delgado distal que contienen entre 100 y 250 nódulos linfáticos y folículos linfoides aislados a lo largo del colon con más de 30.000 nódulos.
El tejido linfoide intestinal genera células B productoras de IgA reactivo a la flora intestinal.
En un modelo animal se observó que la presencia de nódulos linfáticos intestinales inmaduros se asoció con mayor crecimiento bacteriano en la luz intestinal, en comparación con la presencia de nódulos linfáticos maduros (4). Estos hallazgos sugieren que la microbiota intestinal y el sistema inmune se comunican a través de un sistema de detección innato para generar y mantener la homeostasis intestinal.
Los estudios recientes basados en modelos animales han demostrado incluso que la microbiota intestinal es esencial para un correcto desarrollo social.
Las nuevas tecnologías de secuenciación, junto con el desarrollo de la bioinformática, han permitido realizar una descripción del espectro completo de las comunidades microbianas que habitan en el tracto intestinal del hombre y de su contribución funcional a la salud del huésped.
La mayoría de los miembros de la comunidad pertenecen al dominio de las bacterias; pero también hay archeas (microorganismos unicelulares procariotas distintos de las bacterias), eucariotas (hongos y protozoarios) y virus o fagos.
El metagenoma humano intestinal está compuesto con un promedio de 590.000 genes en cada individuo. Alrededor de 294.000 genes son comunes, es decir, están presentes en más de la mitad de las personas, pero han sido descritos 2.375.655 genes distintos que están presentes en menos del 20% de los seres humanos. Estos genes codifican más de 20 mil funciones diferentes (5).
Un interesante estudio analizó las composiciones bacterianas de distintos órganos (narinas, piel, mucosa bucal, intestino, vagina) y observó que eran muy diferentes. Pero cuando se evaluaron las distintas funciones realizadas por estas bacterias se vio que eran similares en todos los órganos, tales como: metabolismo carbohidrato central, biosíntesis de cofactores y vitaminas, síntesis de ATP, metabolismo de purinas, otros. Esto es así porque, si bien las bacterias son distintas, muchas veces los genes son comunes. Por tanto, las funciones son parecidas, aunque las bacterias sean diferentes.
Los géneros bacterianos más frecuentes en el intestino humano son: Bacteroides, Faecalibacterium y Bifidobacterium; pero sus proporciones relativas son altamente variables entre individuos, e incluso en un mismo individuo según distintas situaciones (sexo, edad, ingesta de antibióticos, dieta, otros).
La estructura global de los géneros predominantes en el intestino humano puede ser asignada dentro de tres clusters bien definidos que son conocidos como “enterotipos”. Las bacterias intestinales de cada “enterotipo” se organizan en grupos estables y bien definidos que presentan características comunes.
En el enterotipo 1 predominan las bacterias del género Bacteroides que, además y según se observó, forman una comunidad bien diferenciada de la flora intestinal junto con otras especies bacterianas.
El enterotipo 2 está dominado por las bacterias del género Prevotella, y el enterotipo 3 está formado principalmente por Ruminococcus, aunque también contiene especies bacterianas como Staphylococcus y Gordonibacter. Estos enterotipos se repiten en los diferentes países y regiones.
Las dietas y las drogas, en particular los antibióticos, tienen un importante rol en la dinámica de la microbiota intestinal. Los patrones dietarios a largo plazo son relevantes en la composición de la microbiota: los enterotipos vinculados con Bacteroides están asociados con dietas ricas en proteínas y grasas; mientras que los enterotipos de Prevotella se vinculan con dietas en las que predominan los carbohidratos y las fibras. De esa manera, sobre la base del enterotipo predominante es posible discriminar entre distintas poblaciones.
En un estudio recientemente publicado (6) —en el que se incluyeron 300 sujetos europeos— se identificaron dos tipos distintos de composición de la microbiota intestinal, una con alto recuento de genes (ARG) y otra con bajo recuento de genes (BRG). Los sujetos del grupo BRG acumularon una proporción de grasa corporal y un índice de masa corporal significativamente mayores, mayores niveles de leptina plasmática y de insulinorresistencia, y mayores niveles de ciertos marcadores inflamatorios, como la proteína C reactiva, sugiriendo que en estos casos puede haber un incremento del riesgo de comorbilidades metabólicas asociadas según la composición de la microbiota intestinal.
En un estudio recientemente publicado (7) se sometió a un grupo de pacientes obesos —con baja carga genética en la microbiota intestinal y cierto grado de inflamación— a una intervención dietaria baja en calorías que incluyó probióticos con el objeto de mejorar la carga de genes. Se observó que esta intervención se asoció con reducción de los niveles plasmáticos de los marcadores inflamatorios.
Otro estudio evaluó el impacto de una dieta que modificaba la microbiota intestinal en la sintomatología de 30 pacientes con trastornos relacionados con la evacuación anal de gases (8). Se observó que el cambio en los enterotipos dominantes se asoció con mejoras en la sintomatología.
Conclusiones
• La simbiosis entre microorganismos y huéspedes es crítica para el normal crecimiento y desarrollo; y para mantenerse saludable durante la vida.
• Nuevas tecnologías de secuenciación y mejoras en las herramientas bioinformáticas han permitido la descripción de todo el espectro de las comunidades microbianas que habitan en el intestino humano, así como sus contribuciones funcionales a la salud del huésped.
• La pérdida de la riqueza bacteriana en el intestino se asocia con inflamación intestinal y puede tener un rol en el desarrollo de enfermedades crónicas en sociedades desarrolladas. Aún no se sabe cuál sería la mejor composición saludable del intestino humano, pero se conoce que algunas características son importantes: el perfil funcional, el perfil composicional y la estabilidad ecológica.
• Los probióticos y los prebióticos son utilizados para optimizar la simbiosis; y el mejor conocimiento de esa simbiosis puede ayudar a mejorar la salud y a combatir enfermedades.
Referencias
1 Moran, Curr Biol 2006; 16:866-71.
2 Wostmann, Annu Rev Nutr 1981; 1:257-79.
3 Brandtzaeg, Immunol Invest 2010; 39:303-55.
4 Bouskra, Nature 2008; 456:507-10.
5 Qin, Nature 2010; 464:59-65.
6 Le Chatellier, Nature 2013; 500:541-6.
7 Cotillard, Nature 2013; 500:585-8.
8 Manichanh, Gut 2013 (aún no publicado)
