La microbiota intestinal

La microbiota intestinal está formada por una gran variedad de bacterias anaerobias.
Analicemos su composición. 

Sabemos desde hace aproximadamente un siglo que el sistema digestivo está colonizado por bacterias indispensables para el buen funcionamiento de la digestión, del metabolismo y del sistema inmunitario. Este ecosistema bacteriano denominado microbiota intestinal es específico de cada persona, tanto desde un punto de vista cuantitativo como cualitativo. De promedio, la microbiota intestinal de una persona está formada por 100 billones de bacterias, lo que supera la cantidad total de células nerviosas del organismo. Proceden de un panel compuesto por varios centenares de especies diferentes, en su mayoría anaerobias o extremadamente sensibles al oxígeno. Este panel está compuesto por una base común de 15 a 20 especies repartidas en 7 filos (categoría taxonómica de los seres vivos).

Microorganismos muy específicos

La microbiota intestinal es muy variada ya que se calcula que el número de especies que la componen es de varios centenares, pero aun así, presenta filos dominantes, como los Firmicutes y los Bacteroidetes que constituyen el grupo más importante de la microbiota1 intestinal. Se completa con Actinobacterias, Proteobacterias, Verrucomicrobios, Fusobacterias y Cyanobacterias. El filo Firmicutes se compone principalmente de especies que pertenecen a los Clostridia de los grupos XIVa y IV (Ruminococcus y Faecalibacterium prausnitzii), mientras que los Bacteroidetes están representados por Bacteroides fragilis, Bacteroides ovatus o Bacteroides caccae. Otras especies subdominantes (enterococos, lactobacilos, estreptococos) o transitorias (levaduras, etc.) completan la fauna de la microbiota2, 3. Esta composición varía en función de la edad, del régimen alimentario y del estado de salud de la persona, pero alcanza su madurez hacia la edad de dos o tres años. Cualquier alteración en su composición provoca disfunciones metabólicas, inmunitarias o digestivas en la persona afectada4.

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Fuentes
1 - Qin et al. A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing, Nature,2010;464(7285):59-65. http://www.nature.com/nature/journal/v464/n7285/full/nature08821.html
2. Chen J. et al. Contribution of the intestinal microbiota to human health: from birth to 100 years of age. Curr Top Microbiol Immunol 2013 ; 358 : 323-346. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22094893  
3. Lay C et al. Colonic microbiota signatures across five northern european countries. Appl Environ Microbiol 2005 ; 71 : 4153-5. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16000838
4. Cherbuy et al. Le microbiote intestinal : une composante santé qui évolue avec l'âge. Innovations agronomiques, 2013 ; 33 37-46 https://www6.inra.fr/ciag/content/download/5203/40683/file/Vol33-4-Cherbuy.pdf 

Bibliografía complementaria
- Dossier INSERM http://www.inserm.fr/thematiques/physiopathologie-metabolisme-nutrition/dossiers-d-information/microbiote-intestinal-et-sante
- Article CNRS https://lejournal.cnrs.fr/articles/microbiote-des-bacteries-qui-nous-veulent-du-bien

Evolución

Aunque los investigadores son conscientes de la existencia de la microbiota desde hace tiempo, no se han llevado a cabo estudios genómicos completos hasta recientemente.

Increíblemente, en las profundidades del intestino, viven 100 billones de bacterias de diferentes especies, así como hongos, levaduras y virus. Algunos investigadores están de acuerdo en que, conjuntamente forman un órgano específico de 2 kg, más pesado que el cerebro e igual de complejo. De hecho, se sabe de su existencia desde hace más de un siglo, aunque su exploración es relativamente reciente. Por mucho tiempo, la única manera de caracterizarlas era cultivarlas in vitro y estudiar sus propiedades biológicas, aunque solo una pequeña parte de estas bacterias podía cultivarse fácilmente en el laboratorio. Actualmente, los investigadores tratan de conocer todos sus secretos estudiando su genoma gracias a la secuenciación de alta velocidad y a la metagenómica que permiten estudiarlas in situ. 

Bacterias conocidas por su ADN

Por lo tanto, la identificación de estas bacterias sigue progresando y el estudio de su genoma permite conocer cada vez mejor sus especificidades. El programa del consorcio internacional MetaHIT1 liderado por el INRA ha permitido la identificación genómica de cerca de 800 especies de bacterias hasta la fecha. Entre ellas, existe un 85 % de “nuevos especímenes” bacterianos anteriormente desconocidos. Este mismo programa también ha permitido secuenciar 238 especies de bacterias totalmente identificadas genéticamente. MetaHIT permite desarrollar gradualmente un mapa genético de la microbiota intestinal, que al final servirá como herramienta de diagnóstico para detectar enfermedades incipientes2. El estudio de la microbiota podría ir aún más lejos gracias a la metatranscriptómica3 y la metaproteómica4, actualmente en proceso de investigación, las cuales abarcan los productos de transcripción y traducción del genoma bacteriano y permiten obtener un perfil bacteriano global que incluye un análisis funcional.

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Fuentes
1.    http://www.metahit.eu : le consortium rassemble 13 centres de recherches de 8 pays.
2.    Li J et al. An integrated catalog of reference genes in the human gut microbiome. Nat Biotechnol. 2014 ; 32 : 834-41. http://www.nature.com/nbt/journal/v32/n8/full/nbt.2942.html
3.    Turnbaugh PJ, et al. Organismal, genetic, and transcriptional variation in the deeply sequenced gut microbiomes of identical twins. PNAS 2010 ; 107 : 7503-8. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20363958 
4.    Wilmes P, Heintz-Buschart A, Bond PL. A decade of meta-proteomics: Where we stand and what the future holds. Proteomics 2015 ; 15 (20) : 3409-17. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26315987

 

La microbiota intestinal se forma durante los primeros momentos de vida bajo la influencia de numerosos factores y evoluciona durante los primeros años para más tarde estabilizarse.

La microbiota intestinal de una persona se forma en el momento del nacimiento: acurrucado en el vientre materno, el recién nacido se expone de repente a una gran cantidad de bacterias que determinarán la composición de su microbiota intestinal. Los datos recientes sugieren que la colonización microbiana empezaría incluso antes del nacimiento, lo que revolucionaría el dogma de la esterilidad in utero1. En caso de un parto vaginal, la microbiota del recién nacido se forma a partir del contacto entre la flora vaginal y la flora fecal materna, mientras que la de un bebé nacido por cesárea se constituye, más lentamente, bajo la influencia del ecosistema exterior y de los microorganismos que contiene2. La edad gestacional al nacer, el entorno exterior y el modo de alimentación (lactancia materna o leche de fórmula) también influyen en su composición. Esta colonización se desarrolla de forma progresiva, en un orden bien establecido sin que los mecanismos estén completamente esclarecidos: las primeras bacterias colonizadoras son bacterias anaerobias facultativas (enterococos y estafilococos) que necesitan oxígeno para multiplicarse. Estas bacterias establecerán un nuevo entorno que favorecerá después el establecimiento de bacterias anaerobias estrictas como Bacteroides, Clostridium o Bifidobacterium3

Influencias externas

A continuación, esta microbiota evoluciona de manera cuantitativa y cualitativa bajo la influencia de la alimentación, las condiciones de higiene, los posibles tratamientos médicos que se reciban y el entorno. De entre los factores estudiados, la lactancia materna ocupa un lugar importante en el desarrollo de una microbiota favorable para la persona, con un establecimiento predominante del género Bifidobacterium3 y una demora en la colonización por parte de Clostridium y Bacteroides en comparación con una alimentación con leche de fórmula. Sin embargo, se ha demostrado que el tratamiento con antibióticos precoz4, 5 es un factor que perjudica su desarrollo (aparición posterior de alergias, asma, diabetes, sobrepeso, etc.). Una vez establecida la microbiota, evoluciona de manera progresiva para diversificarse en función del entorno al que está expuesto el niño y de su alimentación y se acaba estabilizando a los 3 años de edad6. Sin embargo, sigue mostrando sensibilidad durante toda la vida a numerosos factores inherentes al organismo (factores genéticos, ritmo circadiano) o al entorno (función de la alimentación), incluso a periodos de estrés durante tratamientos con antibióticos, que provocan una disbiosis. 
 

Fuentes
1. JM Rodriguez et al. The composition of the gut microbiota throughout life, with an emphasis on early life. Microbial Ecology in Health and Disease 2015; [S.l.]26 : 26050
2. Jakobsson HE et al. Decreased gut microbiota diversity, delayed Bacteroidetes colonisation and reduced Th1 responses in infants delivered by caesarean section. Gut,
2014 ; 63 : 559-66.
3. Guaraldi Fet al. Effect of breast and formula feeding on gut microbiota shaping in newborns. Front Cell Infect Microbiol 2012 ; 2 : 94.
4. Tanaka S et al. Influence of antibiotic exposure in the early postnatal period on the development of intestinal microbiota. FEMS Immunol Med Microbiol 2009 ; 56 : 80-7.
5. Fouhy F et al. High-throughput sequencing reveals the incomplete, short-term recovery of infant gut microbiota following parenteral antibiotic treatment with ampicillin and gentamicin. Antimicrob Agents Chemother 2012 ; 56 : 5811-20.
6. Yatsunenko T et al. Human gut microbiome viewed across age and geography. Nature 2012 ; 486 : 222-7.

 

Bebé

De 0 à 3 ans, le microbiote des enfants se diversifie.

Adulto

Jusqu’à l’âge adulte, le microbiote intestinal se diversifie puis se stabilise.

Anciano

En prenant de l’âge, le microbiote s’appauvrit légèrement.

Funciones

La microbiota intestinal es fundamental para el desarrollo y funcionamiento adecuados de nuestro cuerpo, sobre todo debido a los muchos metabolitos que le aporta.

La presencia de una microbiota intestinal tras el nacimiento es esencial para el correcto desarrollo del organismo, en particular, del tracto intestinal, que todavía es inmaduro en el recién nacido. Esto ha sido demostrado por numerosos estudios, la mayor parte realizados en roedores carentes de bacterias intestinales.

Maduración del tracto digestivo

El tracto de estos animales, llamados “axénicos”, presenta, en comparación con los criados en condiciones normales, muchas alteraciones: agrandamiento del ciego1, reducción del espesor y la vascularización de las vellosidades2,3, menor profundidad de las criptas intestinales4; reducción de la producción de moco5, etc.

Fortalecimiento de las conexiones estrechas

La microbiota intestinal también influye sobre la permeabilidad del epitelio intestinal. Algunas cepas de lactobacilos y probióticos refuerzan las uniones estrechas que se forman entre las células epiteliales6.

Producción de ácidos grasos de cadena corta

Este efecto se debe en particular al hecho de que la microbiota intestinal produce muchas moléculas útiles para el buen funcionamiento de los intestinos, especialmente AGCC como el butirato, que son sustratos energéticos para los colonocitos y son esenciales para el crecimiento y la diferenciación del epitelio del colon7. De hecho, un estudio sugiere que la levadura Saccharomyces boulardii, al aumentar la producción de AGCC en el intestino de pacientes sometidos a nutrición parenteral, reduce los síntomas de diarrea8.

Maduración del sistema inmunitario

Pero la microbiota intestinal no solo es necesaria para el desarrollo adecuado de los intestinos. En su ausencia, el sistema inmunitario también resulta alterado9: por ejemplo, los ganglios mesentéricos se atrofian, los folículos linfáticos escasean y las placas de Peyer (agregados de folículos linfáticos) conservan una forma inmadura.
 


Fuentes
1- Smith Karen et al. Use of axenic animals in studying the adaptation of mammals to their commensal intestinal microbiota. Semin Immunol. 2007;19:59–69. doi: 10.1016/j.smim.2006.10.002.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Use+of+axenic+animals+in+studying+the+adaptation+of+mammals+to+their+commensal+intestinal+microbiota
2- Reinhardt C et al. Tissue factor and PAR1 promote microbiota-induced intestinal vascular remodelling. Nature 483, 627–631 (2012). An investigation which demonstrates that bacteria promote vessel formation in the intestinal epithelium by modulating tissue factor signalling.
http://www.nature.com/nature/journal/v483/n7391/full/nature10893.html
3- Stappenbeck TS et al. Developmental regulation of intestinal angiogenesis by indigenous microbes via Paneth cells. Proc. Natl Acad. Sci. USA 99, 15451–15455 (2002).
http://www.pnas.org/content/99/24/15451.full.pdf
4- Sommer Felix et al. The gut microbiota--masters of host development and physiology. Nat Rev Microbiol. 2013;11:227–238.  2013
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=The+gut+microbiota--masters+of+host+development+and+physiology
5- Johansson Malin et al. Normalization of host intestinal mucus layers requires long-term microbial colonization. Cell Host Microbe. 2015;18(5):582–592.
http://www.cell.com/cell-host-microbe/pdf/S1931-3128(15)00417-5.pdf
6- Lutgendorff F et al. The role of microbiota and probiotics in stress-induced gastro-intestinal damage. Curr. Mol. Med. 8, 282–298 (2008)
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=The+role+of+microbiota+and+probiotics+in+stress-induced+gastro-intestinal+damage
7- Linares Daniel M. et al. Beneficial microbes: the pharmacy in the gut. Bioengineered. 2016;7:11–20.
http://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/21655979.2015.1126015
8- Schneider Stéphane et al. Effects of Saccharomyces boulardii on fecal short-chain fatty acids and microflora in patients on long-term total enteral nutrition. World J Gastroenterol 2005;11(39):6165-6169
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=Effects+of+Saccharomyces+boulardii+on+fecal+short-chain+fatty+acids+and+microflora+in+patients+on+long-term+total+enteral+nutrition
9- Gensollen T et al. How colonization by microbiota in early life shapes the immune system. Science. 2016;352(6285):539–544. doi: 10.1126/science.aad9378
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27126036

Efecto de barrera directo o indirecto y maduración del sistema inmunitario: la microbiota intestinal nos protege de los patógenos con distintas acciones.

Los intestinos son una zona propicia para la invasión por parte de organismos patógenos, por lo que la microbiota intestinal se encuentra en primera línea para defendernos contra estas agresiones. La microbiota intestinal actúa de varias maneras.

Competencia directa  

Mediante un mecanismo de exclusión competitiva, las bacterias comensales protegen de forma pasiva nuestro organismo de la infección por otras cepas. Compiten con ellas por las zonas de adhesión y por los nutrientes que necesitan para sobrevivir. También actúan de forma más directa y producen metabolitos nefastos para sus competidores, como los péptidos antibacterianos.

Refuerzo de las defensas naturales

Las bacterias comensales también nos defienden reforzando la barrera intestinal. Estimulan la producción de moco y de moléculas de defensa, como los anticuerpos IgA, y activan la renovación de las células del epitelio intestinal, así como la formación de conexiones estrechas entre ellas, para mantener la hermeticidad de esta barrera física 1, 2, 3.

Acción sobre el sistema inmunitario intestinal 

Por último, la microbiota intestinal participa, durante nuestros primeros años de vida, en la maduración del sistema inmunitario estimulando, por ejemplo, el desarrollo de linfocitos Th174. Este proceso se basa en la secreción de moléculas capaces de atravesar el epitelio intestinal y actuar sobre las células humanas a través de receptores específicos presentes en su superficie. Esta acción no se limita a las defensas inmunitarias ubicadas alrededor de los intestinos, sino que parece que la microbiota puede influir en la respuesta a cualquier tipo de agresión, por ejemplo, a infecciones respiratorias5.
 

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Fuentes
1. Jakobsson HE, Rodriguez-Pineiro AM, Schutte A, et al. The composition of the gut microbiota shapes the colon mucus barrier. EMBO Rep 2015 ; 16 : 164-77.
2. Seth A, Yan F, Polk DB, Rao RK. Probiotics ameliorate the hydrogen peroxide-induced epithelial barrier disruption by a PKC- and MAP kinase-dependent mechanism. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol 2008 ; 294 : G1060-1069.
3. Reikvam DH, Erofeev A, Sandvik A, et al. Depletion of murine intestinal microbiota: effects on gut mucosa and epithelial gene expression. PLoS One 2011 ; 6 : e17996.
4. Caballero S, Pamer EG.: Microbiota-mediated inflammation and antimicrobial defense in the intestine. ANNU REV IMMUNOL. 2015;33:227–56. 10. 
5. Denny JE, Powell WL and Schmidt NW (2016) Local and Long-Distance Calling: Conversations between the Gut Microbiota and Intra and Extra-Gastrointestinal Tract Infections. Front. Cell. Infect. Microbiol. 6:41

 

A partir de nuestra alimentación, la microbiota intestinal fabrica nutrientes esenciales para nuestro organismo. Una función vital.

Esta es la función principal del intestino: recuperar los nutrientes para integrarlos en el organismo y alimentar su metabolismo. La microbiota intestinal participa muy activamente en el desarrollo de dicho proceso vital. Para ello, utiliza los compuestos alimenticios que llegan al colon (principalmente carbohidratos y proteínas que no se han digerido en el intestino delgado); o bien los descompone en moléculas más pequeñas, algunas de las cuales son asimilables por el organismo (catabolismo) o las utiliza como base para sintetizar nuevas moléculas, que también pueden ser útiles para el organismo (anabolismo).

Vitaminas, ácidos grasos, aminoácidos

Concretamente, las bacterias de la microbiota intestinal aportan vitaminas, como la menaquinona (vitamina K2), la cobalamina (vitamina B12) y la biotina (vitamina B8), ácidos grasos de cadena corta (acetato, propionato y butirato), que cumplen numerosas funciones (el acetato, por ejemplo, es un precursor del colesterol); y aminoácidos esenciales que son los aminoácidos de cadena lateral ramificada (leucina, isoleucina y valina)1.
Todos estos metabolitos se absorben parcialmente a través de la pared intestinal y se transportan por la sangre hasta los órganos que los necesitan.
No todas las bacterias presentan las mismas capacidades anabólicas y catabólicas. La composición de la microbiota intestinal, que varía entre la población, contribuye pues a la diversidad de los metabolismos humanos y a la variedad de efectos de los diferentes regímenes alimentarios2.

Fuentes
1. Turroni F, Ribbera A, Foroni E, van Sinderen D, Ventura M. Human gut microbiota and bifidobacteria: from composition to functionality. Antonie Van Leeuwenhoek. 2008;94(1):35–50
2. Sonnenburg J.L., Backhed F. Diet-microbiota interactions as moderators of human metabolism. Nature.2016;535(7610):56–64

 

Las patologías

Una disbiosis puede ser la causa de múltiples patologías que tengan repercusiones sobre diferentes órganos.

Actuar sobre la microbiota

Existen 5 formas de actuar sobre el equilibrio de las microbiotas. Cada una tiene sus propias especificidades.

  • Probióticos

    La OMS define los probióticos como “microorganismos vivos que, cuando se administran en la cantidad adecuada, aportan beneficios para la salud del hospedador”.
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  • Prebióticos

    Los prebióticos son sustratos que favorecen el crecimiento de las bacterias. Por ello son esenciales para el equilibrio de la microbiota.
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  • Simbióticos

    Los simbióticos son productos que combinan prebióticos y probióticos para lograr un mayor efecto beneficioso en la microbiota.
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  • Trasplante fecal

    El trasplante fecal consiste en trasplantar una microbiota sana por vía natural en un paciente para restaurar su ecosistema microbiano.
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  • Modulación nutricional

    La composición de la microbiota intestinal varía en función de los alimentos ingeridos, con consecuencias sobre el metabolismo general.
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Las diferentes microbiotas

La microbiota intestinal

La microbiota intestinal es un órgano completo. Se ha caracterizado mejor gracias a la metagenómica y poco a poco desvela sus secretos. Está muy diversificada y vive en estrecha relación con su hospedador. Se desarrolla a partir del nacimiento, es específica de cada individuo y lleva a cabo diferentes funciones dentro del organismo: efecto barrera, función trófica, metabólica, inmunitaria, etc. y otras que todavía no se han determinado. 

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Vaginal

La microbiota vaginal es un ecosistema constituido por microorganismos en el que predomina el género Lactobacillus. Su equilibrio es frágil y los cambios en su composición ocasionan infecciones.

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ORL

La microbiota ORL es una microbiota de gran riqueza y diversidad. Se estima que se compone de al menos 700 especies diferentes.

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Cutánea

La microbiota cutánea está extremadamente diversificada. Su composición varía según las zonas cutáneas y según los individuos, y su desequilibrio se asocia a enfermedades de la piel.

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Pulmonar

La microbiota pulmonar ha sido desconocida por mucho tiempo ya que comúnmente se suponía que los pulmones sanos eran estériles. Este paradigma se llegó a cuestionar con el descubrimiento de las diferentes microbiotas humanas.

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Urinaria

Recientemente se ha descubierto la existencia de una microbiota urinaria y los investigadores están empezando a describirla. Los desequilibrios de esta flora podrían asociarse a determinados trastornos urinarios.

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