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Demuestran que el microbioma contribuye a la salud del organismo humano en el que reside


 

Biólogos del Caltech identifican por primera vez un mecanismo por el que bacterias beneficiosas viven y se desarrollan en el tracto gastrointestinal.

El cuerpo humano está lleno de minúsculos microorganismos, entre cientos y miles de especies de bacterias que son conocidas como el microbioma, y de las que se cree que contribuyen a que tengamos una vida saludable. El tracto gastrointestinal, y de forma muy particular el colon, es el ‘hogar’ de la más alta concentración y la mayor diversidad de las especies bacterianas. ¿Pero cómo se mantienen y desarrollan estos organismos dentro de un sistema que está constantemente en flujo, debido al movimiento de los alimentos y los fluidos a través de él?

Un equipo del California Institute of Technology (Caltech) liderado por el biólogo Sarkis Mazmanian cree haber encontrado la respuesta, al menos en un grupo común de bacterias: un grupo de genes que promueve la colonización microbiana estable del intestino. El estudio ha sido publicado en la revista Nature bajo el título ‘Bacterial colonization factors control specificity and stability of the gut microbiota’, y se ha desarrollado con la financiación del National Institutes of Health y el Crohn’s and Colitis Foundation of America.

“Entendiendo cómo se produce la colonización de estos microbios, algún día podremos conseguir idear formas para corregir cambios anormales en las comunidades bacterianas, cambios que creemos que están relaciones con desórdenes tales como la obesidad, enfermedades inflamatorias del intestino y el autismo”, asegura Mazmanian, profesor de biología del Caltech responsable de los trabajos que investigan el vínculo entre las bacterias del intestino humano y la salud.

Los investigadores comenzaron su estudio desarrollando una serie de experimentos para introducir un gen de los microbios llamado ‘Bacteriodes’ a ratones estériles o libres de gérmenes. Los ‘Bacteriodes’, que son un grupo de bacterias que tienen varias docenas de especies, fueron los elegidos porque son uno de los genes más abundantes en el microbioma humano, pueden ser cultivados en el laboratorio (lo que no sucede con la mayoría de las bacterias intestinales), y pueden ser modificados genéticamente para introducir mutaciones específicas. “Los ‘Bacteroides’ son los únicos genes del microbioma que reúnen estos tres criterios”, confirma Mazmanian.

La autora principal del estudio, la Doctora Melanie Lee, que estaba completando su doctorado en el laboratorio de Mazmanian durante el tiempo de la investigación, añadió en primer lugar una pocas especies diferentes de la bacteria a un ratón, para comprobar si podían competir con otras para colonizar el intestino. Aparentemente, ambas variedades coexistían pacíficamente. Entonces, Lee colonizó un ratón con una especie en particular, la ‘Bacteroides fragilis’, e inoculó al ratón la misma especie exactamente, para comprobar si era capaz de co-colonizar el mismo alojamiento. Para sorpresa de los investigadores, la bacteria introducida nuevamente no podían mantenerse viva en el intestino del ratón, a pesar del hecho de que el animal ya estuviera habitado por la misma especie.

“Sabemos que este entorno puede alojar cientos de especies, por lo que la duda es por qué se produce una competición entre los miembros de la misma especie –aporta Lee-. Ciertamente no se da una falta de espacio o de nutrientes, y sin embargo, el hallazgo  conseguido es extremadamente explicativo y contundente cuando intentábamos ‘super-colonizar’ al ratón con una única especie”.

Para explicar los resultados, Lee y su equipo desarrollaron lo que ellos llamaron la ‘hipótesis del nicho saturable’. La idea es que con la saturación de un hábitat específico, el organismo excluirá de forma efectiva a otros de la misma especie en la ocupación de ese nicho. De todas formas, esa circunstancia no afectará a otras especies cercanas en su colonización del intestino, porque ellas tendrán su propio nicho particular. Una pantalla genética revelaba un conjunto de genes previamente indeterminados –un sistema que los investigadores apodaron ‘factores de colonización comensal’- que eran necesarios y suficientes para la colonización de algunas especies específicas por la ‘B. Fragilis’.

 


El ‘Bacteroides Fragilis’ ha sido un elemento clave en esta investigación. Imagen cortesía de Nathan Reading.


¿Y qué sería exactamente el ‘nicho saturable’? El colon, después de todo, está lleno con una masa fluida de comida, materia fecal y bacterias, que no ofrece demasiado a los organismos para agarrarse en su interior y sobrevivir. “La hipótesis de Melanie era que este ‘nicho saturable’ formaba parte del tejido que los acogía –explica Mazmanian-. Cuando ella lanzó esa idea hace tres o cuatro años, era absolutamente sacrílega, porque otros investigadores de este campo creían que todas las bacterias de nuestro intestino vivían en el lumen (el centro del intestino) y que no tenían ningún contacto con el cuerpo que las albergaba. El razonamiento que amparaba este pensamiento era que si la bacteria entraba en contacto con el cuerpo, tenía que causar algún tipo de respuesta inmunológica”.

Sin embargo, cuando los investigadores emplearon imágenes avanzadas para su aproximaciones para hacer test en el tejido del colón de un ratón colonizado con la ‘B. Fragilis’, encontraron una pequeña población de microbios que residían en minúsculos bolsillos o criptas dentro del colon. Apretadas dentro de esas criptas, las bacterias estaban protegidas del constante flujo de material que pasaba a través del tracto gastrointestinal. Para comprobar si el sistema de ‘factores de colonización comensal’ regulaba la colonización bacterial dentro de las criptas, el equipo inyectó bacterias mutantes –que no contenían ese sistema- en el colon de ratones estériles. Esas bacterias no fueron capaces de colonizar las criptas.

“Existe algo que todavía desconocemos en esas criptas que una ‘B. Fragilis’ normal puede utilizar para obtener un punto de apoyo a través del sistema de ‘factores de colonización comensal’ –explica Mazmanian-. Haber encontrado las criptas es un avance enorme en este campo porque muestra que las bacterias mantienen contacto físico con el organismo que las alberga. Y durante todos los experimentos que Melanie llevó a cabo, la homeostasis, o el mantenimiento de sus condiciones estables, siempre estuvo presente. Por tanto, en contra de las creencias populares, no hay evidencias de que las inflamaciones sean el resultado del contacto entre una bacteria y el organismo. De hecho, creemos que esas criptas son el hogar permanente de las ‘Bacteroides’, y quizás de otras clases de microbios”.

El científico asegura que detallando el sistema de ‘factores de colonización comensal’ (o CCF)  como un mecanismo para la colonización y la resiliencia bacteriana, además de con el descubrimiento de las criptas en el colon específicas en ciertas especies, esta investigación ha resuelto varios misterios tradicionales en este campo acerca de cómo los microbios se establecían y mantenían colonizaciones de larga duración en el organismo.

“Hemos estudiado sólo un puñado de organismos, y aunque son numéricamente abundantes, claramente no son representativos de todos los organismos que se encuentran en el intestino –confirma Lee-. Un montón de esas otras bacterias no tienen genes CCF, por lo que la preguntan ahoraes: ¿Tienen esos organismos relación o interacción, de alguna manera, con los ‘Bacteroides’ para su propia colonización, sus tasas de reproducción o su localización?”.

Sospechando que los ‘Bacteroides’ sean una especie clave (un factor necesario para la construcción del ecosistema del intestino), los investigadores tienen previsto investigar si algunas anormalidades funcionales, como la incapacidad para adherirse a las criptas, podrían afectar al microbioma completo y, potencialmente, conducir a un estado de enfermedad en el organismo.

“Esta investigación subraya la noción de que no estamos solos. Sabíamos que había bacterias en nuestro intestino, pero este estudio muestra que algunos microbios específicos están íntimamente ligados a nuestro organismo –concluye Mazmanian-. Ellos viven en una proximidad muy estrecha con nuestros tejidos y nosotros no podemos ignorar las aportaciones que tienen a nuestra biología o nuestra salud. Definitivamente, son una parte de nosotros”.

 

 

 
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