Ecología del microbioma intestinal
Por: Doctor Zach Aanderud
Este artículo describe la ecología básica del microbioma intestinal. Destaca los tres beneficios más sustanciales de su microbioma intestinal, incluida la protección contra la química cerebro-microbioma intestinal
En cada uno de nuestros intestinos gruesos viven billones de microorganismos que, en conjunto, crean un órgano de apoyo en el centro de nuestra salud llamado microbioma intestinal. Nuestro intestino alberga la mayor densidad de microorganismos, pertenecientes predominantemente a bacterias, pero también a hongos, arqueas y protistas, de cualquier bioma o microbioma de la Tierra. En el interior de nuestro tubo digestivo viven más de 5.000 especies diferentes de microorganismos que pesan aproximadamente 2 kilogramos o 4,4 libras, casi el doble que nuestro cerebro (Bäckhed et al 2005; Sekirov et al 2009; Sender et al 2016). Somos bacterias y humanos a partes iguales, y el número de células de nuestro microbioma es igual al de nuestras propias células.
Además, si investigamos los genes responsables de la actividad, nuestra microbiota intestinal puede expresar ≥ 100 veces más genes que nuestro propio genoma, con 3,3 millones de genes codificadores únicos en comparación con los 23.000 genes de todo nuestro genoma humano (Amon y Sanderson 2017).
Pero antes de centrarnos en las numerosas funciones diversas y esenciales debidas a la diversidad genética de nuestro microbioma intestinal, debemos hablar de la ecología de nuestro tubo digestivo. A un nivel básico, nuestra digestión se produce dentro de un ecosistema en el que interactúan componentes vivos (es decir, nuestro tracto gastrointestinal, microbioma intestinal) y no vivos (es decir, los alimentos que ingerimos). Desglosemos cada uno de estos componentes.
Tracto gastrointestinal
Aunque la disponibilidad de nutrientes es mayor cerca de los lugares de absorción, el estómago y el intestino delgado contienen un número relativamente pequeño de microorganismos. El número de microbios está restringido en estas zonas debido al bajo pH del contenido del estómago, la toxicidad microbiana de las sales biliares y el flujo relativamente rápido de la digestión. Más del 90% de la digestión se produce en estos lugares con concentraciones relativamente altas de oxígeno (Rinninella et al 2019).
Por el contrario, el intestino grueso, situado en el extremo distal del tracto gastrointestinal, retiene y continúa digiriendo los alimentos durante seis veces más tiempo que el intestino delgado y realiza otros muchos servicios para nosotros en un entorno con poco oxígeno. Dentro de su intestino, las células del epitelio intestinal forman una capa o superficie luminal o revestimiento del tracto gastrointestinal. Esta capa cumple dos funciones principales: absorber sustancias útiles para el organismo y restringir la entrada de sustancias nocivas o microorganismos. Para realizar estas tareas adecuadamente, las células del epitelio intestinal generan una barrera de mucosa intestinal entre el cuerpo y el intestino que impide la translocación incontrolada del contenido luminal al interior del cuerpo de forma adecuada y aloja bacterias en el intestino grueso.
Microbioma intestinal
Más del 99% de nuestro microbioma intestinal se aloja en el intestino grueso, con bacterias asociadas a la mucosa que tienen un impacto a largo plazo en nuestra salud inmunitaria y metabólica debido a la proximidad al epitelio (Juge 2022), o bacterias de vida libre más transitorias que pasan diariamente por nuestro intestino grueso. Las bacterias que ocupan un nicho en la capa mucosa son verdaderos residentes de nuestro intestino grueso, mientras que las bacterias de vida libre sólo hacen «autostop» por nuestros intestinos. En el colon del intestino grueso, un entorno con poco oxígeno, se encuentran bacterias anaerobias dominadas por los filos bacterianos Bacillota (antes Firmicutes), Bacteroidota, Actinomycetota y Psuedomonadota (antes Proteobacteria) y los géneros Bacteroides, Clostridium, Faecalibacterium, Eubacterium, Ruminococcus, Peptococcus, Peptostrptococcus y Bifidobacterium (Rinninella et al 2019). Otros géneros como Escherichia y Lactobacillus están presentes en menor medida.
Sus alimentos
En última instancia, el 60% de la masa seca de nuestras heces son bacterias del microbioma intestinal. Las necesidades de carbono y energía del enorme número de bacterias de nuestro intestino se cubren con varias fuentes: polifenoles alimentarios complejos, fibra digestible, otros carbohidratos, proteínas y grasas que han escapado a la digestión, componentes de las secreciones del huésped (mucinas) y células epiteliales desprendidas. El asombroso grado de diversidad bacteriana del intestino grueso indica la existencia de multitud de nichos ecológicos creados no sólo por nuestra propia fisiología, sino también por el desarrollo de complejas redes alimentarias en las que los subproductos de una bacteria pueden convertirse en sustrato para otras bacterias (Walter 2008). Nuestra dieta determina los tipos de alimentos que ayudan a diversificar nuestro microbioma.
El microbioma intestinal proporciona una plétora de beneficios esenciales para la salud, y este artículo destacará tres: refuerza nuestro sistema inmunitario, genera vitaminas, combate las toxinas y genera neurotransmisores que influyen en nuestro bienestar mental.
Refuerzo inmunitario
Un microbioma intestinal sano supone un gran estímulo para el sistema inmunitario, es decir, la compleja red de órganos, células y proteínas que defienden nuestro organismo frente a las infecciones. Los residentes bacterianos de nuestro intestino grueso alteran la química intestinal, ocupan por completo el espacio del intestino y segregan proteínas antimicrobianas que excluyen a los patógenos potenciales. Las bacterias de nuestros intestinos metabolizan los alimentos mediante la fermentación y generan ácidos grasos de cadena corta (AGCC) como los ácidos acético, butírico y propiónico. Estos AGCC mejoran la respuesta inmunitaria antibacteriana del huésped reduciendo el pH gástrico e inhibiendo el crecimiento de patógenos nocivos como Clostridium difficile (Ouyang et al 2022). Clostridium difficile es un patógeno diarreico oportunista responsable de una importante morbilidad y mortalidad en todo el mundo, comúnmente inducida por tratamientos con antibióticos (Gregory et al 2021).
Los alimentos que favorecen el aumento de los niveles de AGCC son los polifenoles dietéticos, los fructooligosacáridos y los hidratos de carbono y fibras no digeribles como la inulina, los almidones resistentes, las gomas y las pectinas. Además, muchas bacterias residentes y transitorias de nuestros microbiomas intestinales producen pequeñas cantidades de moléculas antibacterianas denominadas bacteriocinas (por ejemplo, microcinas, enterocinas y estafilococinas) que tienen la capacidad de eliminar patógenos colonizadores específicos (Heilbronner et al 2021). Los AGCC también ayudan a mantener la integridad de las células del epitelio intestinal.
El desequilibrio de los microorganismos o la ruptura de la barrera mucosa aumentan la permeabilidad intestinal del epitelio en un proceso denominado disbiosis. Por desgracia, la disbiosis intestinal exacerba múltiples enfermedades autoinmunes, como la artritis reumatoide, la esclerosis múltiple y la enfermedad celíaca (Chang y Choi 2023; Chen y Vitetta 2021). Un microbioma intestinal sano contribuye enormemente a mantener la homeostasis en el organismo y a que el sistema inmunitario funcione correctamente.
Vitaminas y toxinas
Determinadas vitaminas, esenciales para nuestra salud, sólo se generan en nuestro microbioma intestinal. La mayoría de las vitaminas deben suministrarse de forma exógena a partir de fuentes externas. Las vitaminas están presentes en diversos alimentos, pero eso significa que pueden producirse carencias debido a dietas deficientes.
Inesperadamente, nuestro microbioma intestinal puede sintetizar vitaminas de novo (desde el principio), especialmente más del 30% de la vitamina K y vitaminas del grupo B como la riboflavina, la niacina y la cobalamina (Nysten y Dijick 2023). La vitamina K es necesaria para la salud ósea, cognitiva y cardiaca, y los grupos de vitamina B son necesarios para mantener una buena salud general, ya que influyen en los niveles de energía, la función cerebral y el metabolismo celular.
Las vitaminas son esenciales para nuestra salud, pero otras sustancias químicas son extremadamente nocivas para nosotros. Nos bombardean constantemente con xenobióticos (es decir, sustancias químicas que normalmente no están presentes en el entorno de los organismos vivos), desde la contaminación generada antropogénicamente hasta los aditivos alimentarios y los pesticidas. Sin el metabolismo de nuestro microbioma intestinal, muchos xenobióticos alcanzarían concentraciones tóxicas (Croom 2012). Debido a la diversidad genética, un intestino sano contiene una poderosa capacidad metabolizadora para biotransformar una miríada de xenobióticos que supera con creces nuestro propio potencial metabólico (Dikeocha et al 2022; Abdelsalam et al 2020).
Conexión intestino-cerebro
El cerebro y el microbioma intestinal mantienen una conversación continua a través de millones de células nerviosas. La conexión intestino-cerebro es la señalización bioquímica que se produce entre las bacterias que viven en el tracto gastrointestinal y el sistema nervioso central. Las señales bioquímicas son iniciadas por neurotransmisores (Reynoso-García et al 2022) como los AGCC (Obata y Pachnis 2016), la 5-hidroxitriptamina (5-HT, serotonina), el ácido γ-aminobutírico (GABA; Pokusaeva et al 2017) y hormonas como el cortisol (Valles-Colomer et al 2019). Juntos, el intestino y el cerebro influyen directa o indirectamente en la emoción, la cognición y la fisiopatología de los trastornos cerebrales.
Por ejemplo, el 95% de nuestro neurotransmisor serotonina se genera en nuestro intestino, que regula la emoción (es decir, el estado de ánimo, el sueño, la digestión, las náuseas, la curación, la salud ósea, la coagulación de la sangre y el deseo sexual; Terry y Margolis 2017). Otras enfermedades neuropsiquiátricas, como los trastornos depresivos, también están relacionadas con la disbiosis intestinal. En general, una disminución de las bacterias Bacillota explica una disminución de los AGCC con la depresión, lo que afecta a la barrera intestinal (Huang et al 2018). Además, los niveles de Bifidobacteria también se redujeron en la depresión y la reintroducción de especies probióticas como Bifidobacterium longum y Bifidobacterium breve redujo los comportamientos depresivos y aumentó la secreción de 5-hidroxitriptófano y butirato (Tian et al 2019).
En última instancia, cuando tenemos una corazonada, mariposas en el estómago, o confiamos en nuestro instinto, estamos escuchando, en parte, la diafonía entre el microbioma intestinal y el cerebro.
Junto con nuestros microbiomas intestinales, formamos un «superorganismo». Dependemos unos de otros. Con billones de células, miles de especies diferentes y una función génica relativamente ilimitada, nuestros microbiomas intestinales desempeñan funciones diarias esenciales en nuestras vidas que subestimamos enormemente. Necesitamos apreciar y nutrir nuestros microbiomas para poder beneficiarnos plenamente de nuestros centros de salud.
Sobre el autor
Zach Aanderud es doctor y profesor de ecología microbiana y biogeoquímica en la Universidad Brigham Young. Nació y creció en Portland, Oregón, y estudió en la BYU, la Universidad de California Davis y la Universidad Estatal de Michigan.
Referencias
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