Acerca de la Microbioma y la Microbiota intestinal

A continuación reproducimos de forma íntegra un artículo de Revista Alimentaria sobre los aspectos más importantes que debes conocer de estos microorganismos presentes en el intestino humano

Autores: Silvia Arboleya, Nuria Salazar, Clara G. de los Reyes-Gavilán y Miguel Gueimonde.

Publicado en Revista Alimentaria, nº 504, junio 2019, págs. 96-105

Introducción

El cuerpo humano está densamente colonizado por microorganismos, que ocupan cada uno de los nichos ecológicos presentes en el mismo, desde la piel hasta el intestino.

Esta comunidad microbiana se denomina Microbiota, entendiendo por tal al “conjunto de microorganismos presentes en un ambiente definido” (1). Así por ejemplo la microbiota presente en la cavidad oral recibe el nombre de microbiota oral. Entre los diferentes hábitats presentes en el cuerpo humano el intestino es el más densamente poblado, alcanzando en el colon densidades microbianas del en torno a 1011 microorganismos por gramo de contenido intestinal. Además, esta comunidad microbiana es extremadamente compleja en su composición, con cada uno de nosotros albergando cientos de diferentes especies de microorganismos.

“Una pérdida de diversidad microbiana y cambios en su funcionalidad que es muy difícil restablecer”

Tradicionalmente nuestro conocimiento sobre la microbiota intestinal se había visto limitado por la necesidad del empleo de técnicas basadas en los métodos clásicos de cultivo de microorganismos. Sin embargo, desde comienzos de este siglo el desarrollo de métodos independientes de cultivo, y muy especialmente de secuenciación masiva del ADN, ha permitido profundizar enormemente en el conocimiento de la microbiota intestinal humana.

Este desarrollo en las técnicas de secuenciación ha permitido secuenciar, sin necesidad del cultivo previo de los microorganismos, la colección de genomas y genes de los miembros de la microbiota intestinal, el denominado Metagenoma de dicho ambiente.

Estos desarrollos han permitido también acuñar el concepto de Microbioma que se refiere al hábitat en su conjunto, incluyendo los microorganismos (incluyendo bacterias, arqueas, virus y microrganismos eucariotas), sus genomas (genes) y las condiciones ambientales que les rodean (1).

Además del incremento en el conocimiento sobre la composición de la microbiota intestinal, durante los últimos años se ha avanzado mucho en el conocimiento de su función y su importancia para la salud del hospedador.

“El cuerpo humano está densamente colonizado por microorganismos”

Dicha microbiota se ve afectada por numerosos factores como la dieta o la exposición a antimicrobianos y cabe señalar que se han identificado alteraciones en la composición y/o función de la microbiota (estado de disbiosis) en más de cien enfermedades humanas, desde alergias a obesidad o enfermedad mental (2). Estas observaciones ponen de manifiesto la importancia de la microbiota intestinal para el mantenimiento de la salud y la reducción del riesgo de enfermedad y la señalan, al mismo tiempo, como un importante objetivo para su modulación por la dieta o productos diseñados para este fin (probióticos, prebióticos, etc.).

Microbiota intestinal en la infancia

Tradicionalmente se ha considerado que la colonización y el establecimiento de la microbiota intestinal comienza con el parto, sin embargo, estudios recientes han postulado que este proceso puede iniciarse ya durante la etapa fetal.

Se trata de un proceso dinámico y no aleatorio, por lo que los primeros colonizadores del tracto gastrointestinal van a tener mucha influencia en qué microorganismos les siguen en el proceso de colonización. Estos microorganismos pioneros son los responsables de proporcionar los primeros estímulos esenciales para el adecuado desarrollo del intestino, del sistema inmune, de la tolerancia oral o del sistema nervioso del niño. Por ello, el correcto establecimiento de la microbiota intestinal en las primeras etapas de la vida es crítico para la posterior salud del individuo.

“Entendemos por Microbiota el “conjunto de microorganismos presentes en un ambiente definido””

Dicho proceso se ve afectado por diferentes factores perinatales, entre los que se encuentran el tipo de alimentación y parto, el uso de antibióticos, la edad gestacional, la genética o el ambiente en el que el bebé se desarrolla. El tipo de alimentación juega un papel clave; los niños alimentados con leche materna muestran una microbiota más homogénea, con elevados niveles de bacterias beneficiosas (como las bifidobacterias) que promueve un sistema inmune más tolerogénico, al contrario de los niños alimentados con leche de fórmula que presentan una microbiota más diversa.

Los principales grupos microbianos que habitan el intestino al inicio de la vida se incluyen dentro de los filos Actinobacteria (con las bifidobacterias como principales representantes) y Proteobacteria. Sin embargo, durante el destete, debido a la introducción de nuevos alimentados y nutrientes, el intestino va siendo colonizado por microorganismos pertenecientes a los filos Firmicutes y Bacteroidetes, típicos de la edad adulta.

El cese de la lactancia y la transición a una dieta sólida más variada conlleva un aumento en la diversidad bacteriana del intestino con nuevas y mayores capacidades para la degradación de carbohidratos complejos, xenobióticos o la producción de vitaminas, asemejándose a una microbiota adulta, más funcional y compleja (3).

Microbiota intestinal en la vida adulta

La microbiota intestinal alcanza su máxima complejidad y diversidad en la adolescencia y en ausencia de factores alterantes externos (antimicrobianos, enfermedades, etc.) se mantiene estable en la edad adulta.

“El intestino es el hábitat más densamente poblado por organismos”

El intestino grueso de un adulto sano está poblado aproximadamente por 100 billones de bacterias pertenecientes a varios grupos taxonómicos diferentes (4), siendo Bacteroidetes y Firmicutes los filos dominantes, mientras que otros filos bacterianos como Actinobacteria, Proteobacteria y Verrucomicrobia están representados en porcentajes más bajos.

Además de las células bacterianas el intestino adulto también presenta arqueas, principalmente la especie metanogénica Methanobrevibacter smithii.

Múltiples factores pueden afectar a la composición, actividad metabólica y funcionalidad de la microbiota, entre los que destacan la dieta, los medicamentos y las enfermedades. La dieta a largo plazo determina, por ejemplo, que grupos humanos con diferente localización geográfica tengan también perfiles de microbiota diferentes (5), sin que ello suponga un estado de disbiosis.

Por esta razón no se pueden establecer claramente “perfiles de microbiota saludable” universalmente válidos, y la forma más práctica de determinar estados de disbiosis para una determinada población, consiste en comparar los perfiles de microbiota del grupo a analizar, con respecto a una población control sana de la misma edad y entorno geográfico.

Se han identificado estados de disbiosis asociados a diferentes enfermedades de base autoinmune (lupus eritematoso sistémico, enfermedad inflamatoria intestinal, miastenia grave, esclerosis múltiple), alergias, enfermedades infecciosas, enfermedades mentales (autismo, alzheimer) y diferentes estados nutricionales, sin que se haya podido determinar claramente si estas alteraciones son causa o consecuencia de la enfermedad.

De particular relevancia por su incidencia en la sociedad actual, son los trastornos de la microbiota asociados a la obesidad, que conllevan, una pérdida de diversidad microbiana y cambios en su funcionalidad que es muy difícil restablecer tras los sucesivos ciclos de pérdida y ganancia de peso que suelen sufrir las personas obesas con las repetidas dietas de adelgazamiento (6).

Entre los grupos microbianos frecuentemente afectados por estados de disbiosis se encuentran los lactobacilos y las bifidobacterias que, aunque no son los más abundantes en la microbiota, juegan un papel esencial en la salud humana.

Microbiota intestinal en la vejez

La microbiota intestinal permanece relativamente estable durante la vida adulta en individuos sanos pero su composición y funcionalidad cambian en la vejez donde la microbiota vuelve a ser inestable como ocurría durante el inicio de la vida.

El correcto establecimiento de la microbiota intestinal en las primeras etapas de la vida es crítico para la posterior salud del individuo”

La microbiota intestinal de los ancianos se caracteriza por una diversidad bacteriana reducida. Se han descrito una disminución de microorganismos considerados beneficiosos y un aumento de bacterias anaerobias facultativas como las enterobacterias (7). Los patógenos oportunistas como Clostridium difficile también aparecen con mayor frecuencia en la vejez (7). Como consecuencia de las alteraciones en la composición de la microbiota intestinal observadas en los ancianos, existen cambios en la producción de metabolitos bacterianos.

Los niveles de ácidos grasos de cadena corta (AGCC), los principales metabolitos bacterianos en el colon son menores en los ancianos y las proporciones entre los diferentes AGCC fecales también varían con respecto a los adultos sanos (7). Cuando se analiza la microbiota intestinal de los centenarios muestran por el contrario una alta diversidad y se han observado cambios específicos en ciertos miembros del filo Firmicutes. Estos datos indican que este grupo poblacional puede ser considerado una población separada de los ancianos más jóvenes y sugiere la existencia de unos microorganismos característicos con la longevidad extrema (8).

“La alimentación ejerce un papel clave en la determinación de la microbiota intestinal en todos los grupos de población”

Los cambios en la funcionalidad de la microbiota intestinal que ocurren durante el envejecimiento están a su vez vinculados a alteraciones de la fisiología gastrointestinal, cambios en los patrones dietéticos promovidos a su vez por los cambios sociales, deterioro del sistema cognitivo y una desregulación del sistema inmune, asociado a su vez con un estado pro-inflamatorio.

Todas estas alteraciones consideradas en conjunto pueden explicar la mayor susceptibilidad de las personas mayores a la enfermedad y la fragilidad y el riesgo de sufrir deficiencias nutricionales.

La alimentación en la modulación de la microbiota

La alimentación ejerce un papel clave en la determinación de la microbiota intestinal en todos los grupos de población, si bien la interacción dieta-microbiota-salud puede presentar particularidades en función del grupo del que se trate.

En este sentido la existencia de diferencias en la microbiota entre diferentes grupos de población indica la posibilidad de desarrollar estrategias de intervención nutricional dirigidas a poblaciones específicas definidas (9). En este sentido el desarrollo de dietas y productos, por ejemplo probióticos y prebióticos, con propiedades adecuadas para la modulación de la microbiota en función de las necesidades específicas del grupo poblacional de interés, posee un gran interés (9).

“La microbiota intestinal de los ancianos se caracteriza por una diversidad bacteriana reducida”

“Múltiples factores pueden afectar a la composición, actividad metabólica y funcionalidad de la microbiota”

El desarrollo de alimentos funcionales para la modulación beneficiosa de la microbiota en poblaciones específicas constituye un área de futuro. Con este fin, el conocimiento sobre los cambios en la composición de la microbiota intestinal presentes en cada grupo de población, así como de sus necesidades nutricionales específicas, resultan esenciales para el desarrollo de nuevos alimentos.

Referencias bibliográficas

(1) Marchesi, J.R., Ravel, J., The vocabulary of microbiome research: a proposal, Microbiome, 3, 31, 2015.

(2) Janssens, Y., Nielandt, J., Bronselaer, A., Debunne, N., Verbeke, F., Wynendaele, E., Van Immerseel, F., Candenwynckel, Y-P., De Tre, G., and De Spiegeleer, B., Disbiome database: linking the Microbiome to disease, BMC Microbiology, 18, 50, 2018.

(3) Milani, C., Durante, S., Bottacini, F., Casey, E., Turroni, F., Mahony, J., Belzer, C., Delgado Palacio, S., Arboleya Montes, S., Mancabelli, L., Lugli, G.A., Rodriguez, J.M., Bode, L., de Vos, W., Gueimonde, M., Margolles, A., van Sinderen, D., Ventura, M., The first microbial colonizers of the human gut: composition, activities, and health implications of the infant gut microbiota, Microbiology and Molecular Biology Reviews, 81, e00036-17, 2017.

(4) Salazar, N., Arboleya, S., Valdés, L., Stanton, C., Ross, P., Ruiz, L., Gueimonde, M., de los Reyes-Gavilán, C.G., The human intestinal Microbiome at extreme ages of life. Dietary intervention as a way to counteract alterations, Frontiers in Genetics, 5, 406, 2014.

(5) Yatsunenko, T., Rey F.E., Manary, M.J., Trehan, I., Dominguez-Bello, M.G., Contreras, M., Magris, M., Hidalgo, G., Baldassano, R.N., Anokhin, A.P., Heath, A.C., Warner, B., Reeder, J., Kuczynski, J., Caporaso, J.G., Lozupone, C.A., Lauber, C., Clemente, J.C., Knights, D., Knights, R., Gordon, J.I., Human gut microbiome viewed across age and geography, Nature, 486, 222-227 . 2012.

(6) Turnbaugh, P.J., Hamady, M., Yatsunenko, T., Cantarel, B.L., Duncan, A., Ley, R.E., Sogin, M.L., Jones, W.J., Roe, B.A., Affourtit, J.P., Egholm, M., Henrissat, B., Heath, A.C., Knight, R., and Gordon, J.I., A core gut microbiome in obese and lean twins, Nature, 457, 480-484, 2009.

(7) Salazar, N., Valdes-Varela, L., Gonzalez, S., Gueimonde, M., and de Los Reyes-Gavilan, C.G., Nutrition and the gut microbiome in the elderly, Gut Microbes, 8, 82-97, 2017.

(8) Santoro, A., Ostan, R., Candela, M., Biagi, E., Brigidi, P., Capri, M., and Franceschi, C., Gut microbiota changes in the extreme decades of human life: a focus on centenarians, Cellular and Molecular Life Sciences, 75, 129-148, 2018.

(9) Arboleya, S., González, S., Salazar, N., Ruas-Madiedo, P., de los Reyes-Gavilán, C.G., Gueimonde, M., Development of probiotic products for nutritional requirements of specific human populations, Engineering in Life Sciences, 12, 368-376, 2012.