23 abril, 2011

La microbiota intestinal divide a los humanos en tres grupos

Vivimos en un mundo en el que estamos acostumbrados a diferenciar a las personas por el color de su piel, por su estatus social, por su país de procedencia, o por su orientación política, sexual o religiosa, cuando ninguna de estas diferencias tienen sentido alguno, biológicamente hablando. Sin embargo, la humanidad si puede ser diferenciada en grupos marcados, donde no se pueden ‘mezclar unos con los otros’, así les parezca absurdo en nuestros tiempos.

En 1901, el biólogo Karl Landsteiner descubrió que la sangre de las personas puede ser diferenciada en cuatro tipos diferentes: A, B, AB y O. Los tipos de sangre estaban referidos al tipo de antígeno que poseían sus glóbulos rojos y el tipo de anticuerpos que producían su sistema inmune. Así que, si un paciente necesitaba de una transfusión de sangre, debía de hacerlo de uno de su mismo tipo o de un tipo O (donador universal) a menos que el paciente fuera del tipo AB, quien podría recibir sangre de cualquier otro tipo (receptor universal). Si la transfusión de sangre era incorrecta, se generaba una incompatibilidad porque los anticuerpos presentes en la sangre del paciente atacarían a los glóbulos rojos de la sangre del donante, provocando su muerte.

En 1940, el mismo Karl Landsteiner descubrió que había otro factor que diferenciaba la sangre de los humanos y los dividía en dos grupos más, los Rh+ y los Rh-. Si se le da a un paciente Rh- una sangre con un factor Rh+, su sangre podría aglutinarse y causar un grave daño hasta provocar la muerte. Así que, queramos o no, los humanos estamos inmunológicamente divididos.

Ahora, un grupo de investigadores liderados por Manimozhiyan Arumugam del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) analizaron la microbiota intestinal de 39 individuos de diferentes regiones del mundo e identificaron tres tipos de comunidades microbianas diferentes en ellos (enterotipos) según reportaron esta semana en Nature.

gut-flora

El número de bacterias que tenemos viviendo en nuestro tracto digestivo supera en 10 veces el número de células que tenemos en todo nuestro cuerpo, por lo tanto, el número de genes presentes en ellos, será hasta 100 1000 veces superior al número de genes totales que tenemos nosotros. Con toda esta carga biológica, nuestra microbiota tienen un papel importante en nuestra fisiología y homeostasis.

Para analizar toda esta cantidad de especies y genes dentro de nuestro tracto gastrointestinal nos valemos de una poderosa herramienta llamada la metagenómica. La ventaja de esta técnica es que no tenemos que aislar y cultivar a cada uno de los microorganismos que conforman nuestra microbiota, ya que muchos de ellos no pueden ser cultivados en el laboratorio; entonces, lo que se hace es extraer el ADN total de todos esos microorganismos, a partir de una muestra de heces, luego lo secuenciamos y lo comparamos con las bases de datos genéticos que tenemos en la red. De esta manera, podemos identificar que especies, género o familias de microorganismos habitan nuestros intestinos sin la necesidad de aislar y cultivar cada uno de ellos para identificarlos. Además, podemos identificar los genes que tienen y las posibles funciones que cumplen.

En los últimos años se ha comparado mucho los metagenomas de la microbiota intestinal de diferentes individuos, para ver si están relacionados con la obesidad, con trastornos intestinales como la enfermedad de Crohn, o con trastornos metabólicos como la diabetes.

Sin embargo, no se tiene muy claro si la composición de especies y la carga genética de la microbiota intestinal varía en función a la ubicación geográfica de las poblaciones humanas. La dieta es uno de los factores principales que pueden variar dicha composición, y cada región geográfica tiene distintos tipos de dieta. Por otro lado, tampoco se sabe si la variación de la microbiota entre individuos se manifiesta por si sola o si tiende a ser constante, en base a un grupo de organismos preferidos, que conforman comunidades estables que pueden ser clasificadas.

Para responder a estas preguntas, Arumugam et al. secuenciaron 22 metagenomas de individuos de Dinamarca, España, Italia y Francia y los compararon con otros 17 metagenomas previamente secuenciados (13 japoneses y 4 americanos). Caracterizaron los géneros y filos que estaban presentes en cada microbioma, así como también, a que categorías pertenecían los genes identificados.

Los investigadores observaron que la microbiota de los niños e infantes eran los que presentaban una mayor heterogeneidad y no fueron considerados para el presente análisis (n=4). Por otro lado, de todos los fragmentos obtenidos, el ~53% pudo ser asignado a un género específico y el ~80% a un filo específico. Como era de esperarse, los Bacteroides y Firmicutes eran los filos más dominantes, siendo los primeros, los más diversos.

gut-diversity

Los microbios presentes en nuestro tracto gastrointestinal están sometidos a una fuerte presión selectiva, ya sea por el mismo hospedero así como por los microorganismos competidores. Todo esto genera un equilibrio (homeostasis) en el ecosistema intestinal. Hay microorganismos que se encuentran en pequeñas concentraciones pero cumplen funciones importantísimas para nosotros, tales como, los metanógenos.

Finalmente, Arumugam y sus colegas analizaron y compararon 33 metagenomas (descartando los metagenomas de 4 niños japoneses y 2 americanos, por presentar datos heterogéneos) y observaron que las 33 muestras formaban tres diferentes grupos a los cuales llamaron enterotipos, donde dos de ellos eran ricos en Bacteroides (Bacteroides y Prevotella) y uno en Firmicutes (Ruminococcus).

enterotipos

El primer enterotipo se caracteriza por ser rica en Bacteroides y Parabacteroides. Estas bacterias obtienen su energía principalmente a través de la fermentación de carbohidratos y proteínas, por lo tanto, la glucólisis y la vía de las pentosas son las rutas metabólicas preponderantes en este enterotipo.

El segundo enterotipo se caracterizaba por ser rica en Prevotella y Desulfobivrio. Estas bacterias actúan sinérgicamente para degradar las mucinas, las cuales son las glicoproteínas preponderantes de la capa mucosa de los intestinos.

Y el tercer enterotipo se caracterizaba por ser rica en Ruminococcus y Akkermansia. Ambas bacterias son especialistas en degradar también las mucinas. Además, estas bacterias son ricas en transportadores de membrana, principalmente de azúcares, así que la forma como producen energía será tanto por la hidrólisis de la mucosa intestinal como por los azúcares presentes en el colón.

La presencia de un determinado grupo de bacterias en los intestinos indica que cada enterotipo usa un distinto mecanismo metabólico para la producción de energía. Además, dependiendo del enterotipo, la producción de ciertos metabolitos secundarios, como las vitaminas, se harán en diferentes proporciones, siendo los enterotipos I y II los que mayor variedad de vitaminas sintetizan (Ej.: biotina, tiamina, riboflavina, etc.).

Por otro lado, la diferencia filogenética y funcional de los microorganismos presentes en la microbiota intestinal, refleja las diferentes combinaciones de cadenas tróficas microbianas dependiendo de cada enterotipo. Tal vez estas combinaciones podrían estar relacionadas con el desarrollo de diferentes enfermedades intestinales y trastornos alimenticios. Sin embargo, los investigadores no encontraron ninguna relación entre los enterotipos y las características de los hospederos (Ej.: nacionalidad, género, índice de masa corporal, etc.).

Finalmente, cabe recordar que las bacterias presentes en las muestras fecales no representan a toda la gama de microorganismos que habitan dentro de nuestros intestinos, así que los enterotipos obtenidos podrían ser preliminares. Tampoco se ha determinado que factores ambientales o, tal vez genéticos, determinan la presencia de un determinado enterotipo en nuestros intestinos.

Sin dudas puede haber factores importantes que aún no han sido completamente estudiados: la dieta y los fármacos. Pero, los enterotipos son tan complejos que no sólo pueden estar determinados por los hábitos alimenticios, la edad, el índice de masa corporal; aunque, hay muchos genes y factores en la microbiota intestinal que si están directamente relacionados con determinadas características de sus hospederos. También queda por determinar si es la composición de la microbiota intestinal la causa de ciertos trastornos alimenticios o metabólicos, o son estos trastornos los que modulan la microbiota intestinal.


Referencia:

ResearchBlogging.orgArumugam, M., et al. (2011). Enterotypes of the human gut microbiome Nature DOI: 10.1038/nature09944

Esta entrada participa en el III Carnaval de Biología que tiene como anfitrión al blog El Pakozoico.

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