El poder de la nutrición (5ª parte) El microbioma humano - ¿Necesitamos redefinirnos?

Un 50% al 70% de las células de nuestro cuerpo no son humanas 1)Sender R, Fuchs S, Milo R. Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body. PLoS Biol. 2016;14(8). doi:10.1371/journal.pbio.1002533, provienen de microbios y bacterias que habitan en él: nuestra piel, el tracto respiratorio y, especialmente, el intestino. En el último decenio, la investigación y el conocimiento sobre el microbioma intestinal han aumentado exponencialmente. El término “microbioma” se refiere al número total de microbios y a su material genético. Así como nuestro propio genoma contiene apenas 22000 genes 2)Consortium IHGS. Finishing the euchromatic sequence of the human genome. Nature. 2004;431:931–945., los genes microbianos que codifican proteínas podrían llegar a 3.3 millones 3)Qin J, Li R, Raes J, Arumugam M, Burgdorf KS, Manichanh C, Nielsen T, Pons N, Levenez F, Yamada T, et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing. Nature. 2010;464:59–65, superando nuestros genes, su número total, en aproximadamente 150 a 1.

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¿Cuál es exactamente la relación entre los microbios y los humanos?

De manera lenta iniciamos apenas a comprender la profunda conexión que parece tener una tremenda influencia sobre nuestra salud. Hemos cooperado con los microbios desde que existimos y “el tomar prestados” genes microbianos fue un atajo evolutivo para desarrollar nuevas capacidades.

Pero ¿qué tiene que ver nuestro microbioma intestinal con la nutrición y la salud? Los genes microbianos codifican las enzimas que nos ayudan a descomponer los alimentos que, de otra forma, no podríamos digerir por nuestra propia cuenta. Los microbios en el colon pueden sintetizar también pequeñas cantidades de ciertas vitaminas como las del grupo B, la K y la B12 4)Wang B, Yao M, Lv L, Ling Z, Li L. The Human Microbiota in Health and Disease. Engineering. 2017;3(1):71-82. doi:10.1016/J.ENG.2017.01.008. Ciertos microbios también producen moléculas que combaten las bacterias nocivas 5)Belkaid Y, Harrison OJ. Homeostatic Immunity and the Microbiota. Immunity. 2017;46(4):562-576. doi:10.1016/j.immuni.2017.04.008.

¿Cómo interactúan las bacterias intestinales y el cerebro?

Las moléculas derivadas de microbios entran al torrente sanguíneo y afectan nuestro metabolismo; también la manera en la que las células del hígado y de los músculos almacenan nutrientes y utilizan la glucosa. Además actúan como señalizadores al afectar la manera en que almacenamos los nutrientes, sea como grasa o glucógeno, e influyen en la forma en que reaccionan las células a la insulina 6)Caricilli AM, Saad MJA. The Role of Gut Microbiota on Insulin Resistance. Nutrients. 2013;5(3):829-851. doi:10.3390/nu5030829. Los compuestos bacterianos regulan incluso el apetito y el peso. También tienen un impacto sobre las hormonas y los neurotransmisores, por lo que rigen nuestro estado de ánimo, nuestros niveles de energía y el funcionamiento de nuestro cerebro 7)van de Wouw M, Schellekens H, Dinan TG, Cryan JF. Microbiota-Gut-Brain Axis: Modulator of Host Metabolism and Appetite. J Nutr. 2017;147(5):727-745. doi:10.3945/jn.116.240481El microbioma podría ser una de las claves para entender cómo funciona el eje cerebro-intestino. Los estudios han demostrado interacciones en ambas direcciones en este eje: la microbiota se comunica con el cerebro utilizando mecanismos de señalización nerviosos, endocrinos, e inmunitarios, mientras que el cerebro utiliza el sistema nervioso autónomo para modular la motilidad, la secreción y la permeabilidad intestinal además de la secreción luminal de hormonas para modular directamente el microbioma y la expresión génica microbiana 8)Martin CR, Osadchiy V, Kalani A, Mayer EA. (2018): The Brain-Gut-Microbiome Axis. Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 6(2):133-148.. Se ha sugerido que las alteraciones en la comunicación cerebro-intestino-microbioma están involucradas en la fisiopatología del síndrome del intestino irritable, la obesidad y varios trastornos psiquiátricos y neurológicos 9)Labus JS, Hollister EB, Jacobs J, Kirbach K, Oezguen N, Gupta A, Acosta J, Luna R, Aagaard K, Versalovic J, Savidge T, Hsiao E, Tillisch K, Mayer EA. (2017): Differences in gut microbial composition correlate with regional brain volumes in irritable bowel syndrome.Microbiome. 5(1):49.10)Martin CR, Osadchiy V, Kalani A, Mayer EA. (2018): The Brain-Gut-Microbiome Axis. Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 6(2):133-148..

¿Qué puede hacer la alimentación por su microbioma y su salud?

Lo que ingerimos también es alimento para nuestras bacterias intestinales y, a través de nuestra alimentación, determinamos cuáles especies viven allí, con consecuencias bastante importantes para nuestro metabolismo y fisiología.
Hay múltiples factores que influyen en la composición del microbioma intestinal de una persona, por ejemplo, la alimentación infantil y el parto, los factores geográficos, la administración de medicamentos, el estrés y la edad.Sin embargo, uno de los parámetros más importantes es la alimentación. Los cambios significativos en el microbioma intestinal se han asociado a modificaciones en la alimentación, especialmente el consumo de fibra alimentaria derivada de frutas, verduras y granos 11)Cresci, Gail A.; Bawden, Emmy (2015): Gut Microbiome. What We Do and Don’t Know. In: Nutrition in clinical practice : official publication of the American Society for Parenteral and Enteral Nutrition 30 (6), S. 734–746..

La composición del microbioma varía ampliamente entre diferentes poblaciones y culturas. Al comparar la microbiota intestinal de los niños de una aldea rural de África con la de los niños de Europa occidental, se descubrió que los niños africanos muestran una riqueza significativa de Bacteroidetes y escasez de Firmicutes, con una abundancia única de bacterias que se sabe descomponen la celulosa y el xilano, completamente ausente en los niños europeos 12)De Filippo C, Cavalieri D, Di Paola M, Ramazzotti M, Poullet JB, Massart S, Collini S, Pieraccini G, Lionetti P. (2010): Impact of diet in shaping gut microbiota revealed by a comparative study in children from Europe and rural Africa. Proc Natl Acad Sci USA. 107(33):14691-6.. Además, las Enterobacteriaceae (Shigella y Escherichia) tuvieron una representación significativamente baja en los niños africanos en comparación con los europeos y se planteó la hipótesis de que la microbiota intestinal evolucionó conjuntamente con la dieta africana, predominantemente vegetariana y rica en almidones, polisacáridos vegetales y fibra, permitiéndoles a los individuos maximizar la ingesta energética de fibra mientras los protege de la inflamación y las enfermedades no infecciosas del colon.

En contraste, la dieta europea que era rica en proteínas animales, azúcar, almidones, grasa y era baja en fibra también condujo a una cantidad significativamente más baja de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) en el intestino, que ciertas bacterias intestinales producen a través de la fermentación de la fibra. Los AGCC son importantes para la salud intestinal , ya que les proporcionan energía a los enterocitos, pero los datos también sugieren que ejercen propiedades antiproliferativas, apoptóticas y diferenciadoras. Además, también podrían afectar directamente el metabolismo, al controlar el peso corporal y la diabetes a través de la regulación epigenética 13)Remely M, Aumueller E, Merold C, Dworzak S, Hippe B, Zanner J, Pointner A, Brath H, Haslberger AG. (2014): Effects of short chain fatty acid producing bacteria on epigenetic regulation of FFAR3 in type 2 diabetes and obesity. Gene. 537(1):85-92.. Las diferencias en el porcentaje de microbios que degradan polisacáridos produciendo AGCC podrían desempeñar un papel importante en la prevención del cáncer de colon 14)Hinnebusch BF, Meng S, Wu JT, Archer SY, Hodin RA. (2002): The effects of short-chain fatty acids on human colon cancer cell phenotype are associated with histone hyperacetylation. J Nutr. 132(5):1012-7.. La comparación entre la flora fecal de un grupo amplio de voluntarios sanos, con una alimentación vegetariana o vegana estricta, frente a sujetos de la misma edad y género con alimentación omnívora, reveló una diferencia significativa similar a la observada en niños africanos 15)Zimmer J, Lange B, Frick JS, Sauer H, Zimmermann K, Schwiertz A, Rusch K, Klosterhalfen S, Enck P. (2012): A vegan or vegetarian diet substantially alters the human colonic faecal microbiota. Eur J Clin Nutr. 66(1):53-60..

Los metabolitos producidos por las bacterias intestinales entran al torrente sanguíneo por medio de la absorción y la circulación entero-hepática y pueden tener un efecto sobre el portador, incluidas las actividades antiinflamatoria y antioxidante, la regulación de la función de barrera intestinal y la producción de vitaminas y fuentes de energía 16)Bäckhed, Fredrik; Fraser, Claire M.; Ringel, Yehuda; Sanders, Mary Ellen; Sartor, R. Balfour; Sherman, Philip M. et al. (2012): Defining a healthy human gut microbiome. Current concepts, future directions, and clinical applications. In: Cell host & microbe 12 (5), S. 611–622.. Las vitaminas hidrosolubles B1, B2, B6, B12 y folato , derivadas de los microbios, también tienen un impacto en las consecuencias de las infecciones. Por ejemplo, Kjer-Nielsen y otros documentaron que los metabolitos bacterianos de la vitamina B2 y el folato activan células inmunitarias especiales (células T del tipo MAIT), que inducen la liberación de citoquinas, desempeñando un papel importante en la inmunidad antimicrobiana 17)Kjer-Nielsen L, Patel O, Corbett AJ, Le Nours J, Meehan B, Liu L, Bhati M, Chen Z, Kostenko L, Reantragoon R, Williamson NA, Purcell AW, Dudek NL, McConville MJ, O’Hair RA, Khairallah GN, Godfrey DI, Fairlie DP, Rossjohn J, McCluskey J. (2012): MR1 presents microbial vitamin B metabolites to MAIT cells. Nature. 2012 Nov 29;491(7426):717-23.. Además, se ha demostrado que la vitamina B12, derivada de la bacteria intestinal B. thetaiotaomicron , reduce la actividad de la toxina Shiga 2 de Escherichia coli (ECEH), su factor de virulencia primario 18)Cordonnier, Charlotte; Le Bihan, Guillaume; Emond-Rheault, Jean-Guillaume; Garrivier, Annie; Harel, Josée; Jubelin, Grégory (2016): Vitamin B12 Uptake by the Gut Commensal Bacteria Bacteroides thetaiotaomicron Limits the Production of Shiga Toxin by Enterohemorrhagic Escherichia coli. In: Toxins 8 (1).. Estos datos indican que la síntesis de diversas vitaminas hidrosolubles puede ayudar a influir sobre el resultado de las infecciones.

¿Cuál es su enterotipo?

Existe cierta evidencia de que el microbioma intestinal se puede dividir en tres denominados enterotipos que se caracterizan por ciertos marcadores funcionales 19)Arumugam, Manimozhiyan; Raes, Jeroen; Pelletier, Eric; Le Paslier, Denis; Yamada, Takuji; Mende, Daniel R. et al. (2011): Enterotypes of the human gut microbiome. In: Nature 473 (7346), S. 174–180. DOI: 10.1038/nature09944.. Varios de estos marcadores, por ejemplo, las enzimas que degradan los almidones, se correlacionan con la edad y el índice de masa corporal. Estos enterotipos podrían verse influenciados por patrones alimentarios a largo plazo 20)Wu, Gary D.; Chen, Jun; Hoffmann, Christian; Bittinger, Kyle; Chen, Ying-Yu; Keilbaugh, Sue A. et al. (2011): Linking Long-Term Dietary Patterns with Gut Microbial Enterotypes. In: Science (New York, N.y.) 334 (6052), S. 105–108. DOI: 10.1126/science.1208344.. Incluso un consumo a corto plazo de una alimentación compuesta por productos de origen animal o vegetal cambia la microbiota intestinal en 24 horas. Por ejemplo, una alimentación a base de productos de origen animal disminuye el número de Firmicutes y aumenta la proporción de Bacteroides 21)David, Lawrence A.; Maurice, Corinne F.; Carmody, Rachel N.; Gootenberg, David B.; Button, Julie E.; Wolfe, Benjamin E. et al. (2014): Diet rapidly and reproducibly alters the human gut microbiome. In: Nature 505 (7484), S. 559–563. DOI: 10.1038/nature12820..

Sin embargo, los estudios muestran que los enterotipos mismos permanecen estables con el paso del tiempo 22)Lim, Mi Young; Rho, Mina; Song, Yun-Mi; Lee, Kayoung; Sung, Joohon; Ko, GwangPyo (2014): Stability of gut enterotypes in Korean monozygotic twins and their association with biomarkers and diet. In: Scientific reports 4, S. 7348. DOI: 10.1038/srep07348. y es probable que no se intercambien por completo, incluso cuando hay cambios en la alimentación 23)Roager, Henrik M.; Licht, Tine R.; Poulsen, Sanne K.; Larsen, Thomas M.; Bahl, Martin I. (2014): Microbial enterotypes, inferred by the prevotella-to-bacteroides ratio, remained stable during a 6-month randomized controlled diet intervention with the new nordic diet. In: Applied and environmental microbiology 80 (3), S. 1142–1149. DOI: 10.1128/AEM.03549-13..
El enterotipo 1 es Bacteroidesdominante y prevalece en personas con una alimentación rica en proteínas y ácidos grasos saturados. El enterotipo 2 se presenta en dietas en las cuales los carbohidratos son la principal fuente de energía. Es predominada por Prevotella. El enterotipo 3 está enriquecido en Ruminococcus, el cual degrada el azúcar y las mucinas. Es posible que los marcadores funcionales de diferentes enterotipos puedan ser útiles cuando se trata del diagnóstico y pronóstico de ciertas enfermedades, por ejemplo, el cáncer de colon o incluso los trastornos metabólicos.

Sin embargo, se ha cuestionado el concepto de los enterotipos y hay evidencia disponible de que probablemente estos no siempre estén estrictamente limitados a tres géneros 24)Huse, Susan M.; Ye, Yuzhen; Zhou, Yanjiao; Fodor, Anthony A. (2012): A core human microbiome as viewed through 16S rRNA sequence clusters. In: PloS one 7 (6), e34242. DOI: 10.1371/journal.pone.0034242.25)Claesson, Marcus J.; Jeffery, Ian B.; Conde, Susana; Power, Susan E.; O’Connor, Eibhlis M.; Cusack, Siobhan et al. (2012): Gut microbiota composition correlates with diet and health in the elderly. In: Nature 488 (7410), S. 178–184. DOI: 10.1038/nature11319..
Es por eso que otro enfoque razonable podría ser categorizar la microbiota de diferentes poblaciones según su diversidad. Por ejemplo, una baja riqueza bacteriana parece ser un factor de riesgo de afecciones patológicas como la obesidad, la resistencia a la insulina o la inflamación de bajo grado 26)Le Chatelier, Emmanuelle; Nielsen, Trine; Qin, Junjie; Prifti, Edi; Hildebrand, Falk; Falony, Gwen et al. (2013): Richness of human gut microbiome correlates with metabolic markers. In: Nature 500 (7464), S. 541–546. DOI: 10.1038/nature12506..
Además, no solo deben tenerse en cuenta los enterotipos o la diversidad microbiana, sino también los metabolitos del plasma que se originan a partir de la microbiota intestinal. Al comparar a los veganos con los omnívoros, se descubrió que su composición microbiana intestinal era bastante similar. Con respecto a su metaboloma, el 25% de los metabolitos del plasma diferían entre los grupos y los veganos también tuvieron más metabolitos derivados de la microbiota 27)Wu, Gary D.; Compher, Charlene; Chen, Eric Z.; Smith, Sarah A.; Shah, Rachana D.; Bittinger, Kyle et al. (2016): Comparative metabolomics in vegans and omnivores reveal constraints on diet-dependent gut microbiota metabolite production. In: Gut 65 (1), S. 63–72. DOI: 10.1136/gutjnl-2014-308209..

Microbioma y epigenética

El proyecto genoma humano, lanzado en 1990, tuvo grandes expectativas de que al revelar nuestra secuencia de ADN, podríamos desentrañar la base genética de las enfermedades, pudiendo desarrollar curas médicas basadas en los genes. Con un número estimado de más de 100000 genes humanos, el hallazgo confirmado de solo aproximadamente 20000 fue bastante inesperado. Sin embargo, alojamos un segundo genoma: el material genético de nuestro microbioma. Según el estado actual del conocimiento, estamos hablando de un catálogo de 10 millones de genes microbianos no redundantes 28)Li, Junhua; Jia, Huijue; Cai, Xianghang; Zhong, Huanzi; Feng, Qiang; Sunagawa, Shinichi et al. (2014): An integrated catalog of reference genes in the human gut microbiome. In: Nature biotechnology 32 (8), S. 834–841. DOI: 10.1038/nbt.2942..

Esto nos lleva aún más allá: la forma en que nos alimentamos no solo influye en nuestros genes, también impacta los genes de los microbios que habitan en nuestro intestino.
Si bien nuestro genoma es fijo para toda la vida, aparte de las modificaciones epigenéticas, nuestro microbioma cambia enormemente con el tiempo y tiene la capacidad de influir en nuestros genes mediante el uso de vías epigenéticas. Hemos visto que ciertas bacterias producen AGCC y pueden afectar directamente el metabolismo a través de la regulación epigenética 29)Remely M, Aumueller E, Merold C, Dworzak S, Hippe B, Zanner J, Pointner A, Brath H, Haslberger AG. (2014): Effects of short chain fatty acid producing bacteria on epigenetic regulation of FFAR3 in type 2 diabetes and obesity. Gene. 537(1):85-92..

¿Cuál es el panorama?

El microbioma puede ser considerado uno de los vínculos más importantes entre nuestra alimentación y nuestra salud. La literatura actual muestra una comunicación simbiótica entre nuestro cuerpo y nuestros microbios cuyos detalles aún no se comprenden completamente. Esto hace que el microbioma sea uno de los temas de investigación más emocionantes.

El metaboloma derivado de la microbiota intestinal ofrece otra oportunidad prometedora para estudiar el impacto de los alimentos en el desarrollo de enfermedades. Esperaríamos nuevos conocimientos sobre la prevención, el diagnóstico, la terapia y el pronóstico de ciertas afecciones. Por ejemplo, la composición microbiana podría servir como un biomarcador del riesgo o la progresión de la enfermedad y las recomendaciones nutricionales individualizadas, basadas en el perfil microbiano de una persona, podrían constituir una efectiva y potencial opción de terapia causal.

Este artículo es parte de la serie "El poder de la nutrición".

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Bibliografía   [ + ]

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