Microbiota: Ecosistema intestinal

microbiota intestinal

Microbiota: Concepto

El término microbiota hace referencia a la comunidad de microorganismos vivos residentes en un nicho ecológico determinado. La microbiota residente en el intestino humano es una de las comunidades de seres vivos más densamente pobladas, incluso más que el suelo, el subsuelo y los océanos.

La mucosa intestinal adulta contiene, en una superficie estimada de 250-300 m2 alrededor de 100 billones (1012 -1014) de microbios, lo que representa 10 veces el número de células eucariotas y contribuyen con 1,5-2 kg al peso corporal total.

El ecosistema microbiano del intestino (microbiota intestinal) incluye muchas especies nativas que colonizan permanentemente el tracto gastrointestinal y una serie variable de microorganismos que sólo lo hacen de manera transitoria.

El microbioma humano se refiere a la población total de microorganismos con sus genes y metabolitos que colonizan el cuerpo humano, incluyendo el tracto gastrointestinal, el genitourinario, la cavidad oral, la nasofaringe, el tracto respiratorio y la piel. A las alteraciones de la microbiota intestinal y la respuesta adversa del hospedador a estos cambios se le ha denominado disbiosis.

Disbiosis

La disbiosis se ha asociado con afecciones tan dispares como el asma, las enfermedades inflamatorias crónicas, la obesidad y la inflamación. También se asocia con grasa del hígado no debida al hábito alcohólico, o esteatohepatitis no alcohólica (EHNA) entre otras.

Todo esto hasta tal punto que la microbiota intestinal ha pasado de considerarse un comensal acompañante, a considerarse un «órgano metabólico», con funciones en la nutrición, la regulación de la inmunidad y la inflamación sistémica.

La microbiota intestinal es un importante nexo de unión entre la salud intestinal y hepática.

La microbiota intestinal tiene la capacidad de transformar los polisacáridos complejos de la dieta, que el intestino humano no puede digerir ni absorber. Los convierte en monosacáridos y ácidos grasos de cadena corta (AGCC), principalmente acético, propiónico y butírico. Los 2 primeros se absorben a la circulación portal y el tercero es empleado por los colonocitos como fuente de energía.

AGCC

Los AGCC pueden ser transportados al hígado para ser usados en la síntesis lipídica; se estima que las calorías derivadas de esta digestión bacteriana constituyen alrededor del 10% de toda la energía que absorbemos. La cantidad de AGCC en el colon y en la sangre es importante para la inmunorregulación del hospedador.

Algunos estudios reportan efectos positivos de los AGCC en pacientes con alteraciones inflamatorias del intestino, de hecho, dichos individuos tienen concentraciones mucho menores de AGCC.

La evidencia actual sugiere que la acumulación de triglicéridos en el hígado responde no sólo a la obesidad, sino que también, la microbiota intestinal juega un papel clave en el desarrollo de resistencia a la insulina, hígado graso, la fibrosis y los procesos inflamatorios y por lo tanto, se convierte en un factor endógeno que favorece el desarrollo de hígado graso no alcohólico, así como otros trastornos como son la enfermedad celíaca y el síndrome de intestino irritable.

El enlace entre el eje-intestinal y el hígado graso se asocia con disbiosis en el intestino delgado y el aumento de la permeabilidad intestinal.

microbiota

Mecanismos de defensa intestinal:

El intestino posee mecanismos de defensa que limitan el acceso de sustancias nocivas al organismo. Esta barrera intestinal está integrada por diversos elementos como enzimas digestivas pancreáticas, el epitelio intestinal y las bacterias que constituyen la flora intestinal.

Sin embargo, la barrera más efectiva está constituida por el tejido linfoide asociado al intestino o GALT (Gut-Associated Lymphoid Tissue). Su particular estructura diferenciada en tejido organizado (placas de Peyer y ganglios linfáticos mesentéricos) y tejido difuso, permite el desarrollo de una respuesta eficaz y adecuada al tipo de estímulo, es decir, frena patógenos invasivos e induce tolerancia oral en respuesta a antígenos inocuos, procedentes de la dieta y del propio epitelio intestinal.

Los anticuerpos secretados, fundamentalmente inmunoglobulina A (IgA), constituyen también un mecanismo de defensa, característico y común, en todas las mucosas del organismo.

El hígado, es susceptible a la exposición a los productos de origen bacteriano intestinal, a través de una conexión funcional y anatómico con la luz intestinal, a través del sistema de la vena porta.

De acuerdo con la regulación sobre alimentos funcionales, así como con las recomendaciones de la FAO/OMS sobre el caso específico de los probióticos, en la etiqueta de estos productos debe constar la cantidad aproximada y la pauta de consumo para conseguir el efecto beneficioso declarado.

Sin embargo, los estudios relativos a las dosis efectivas de los probióticos son muy limitados; además, sus efectos pueden variar según el grupo de población al que se administran, la especie o especies de microorganismos o la cepa utilizada.

Según algunos autores, se consideran necesario que entre 107 y 1010 organismos viables alcancen el intestino diariamente para que ejerzan su efecto.

Bifidobacterium

Miembros del género Bifidobacterium se encuentran entre los organismos más predominantes en el intestino humano y son importantes para la salud general, lo que significa que su diversidad y número proporcionan marcadores importantes para medir la estabilidad de la microbiota intestinal humana, así como el ambiente intestinal. Se ha comprobado que su modulación puede proporcionar un medio útil para influir en la respuesta inflamatoria.

Tojo et al. en una revisión realizada sobre la microbiota intestinal, en particular sobre el papel de las bífidobacterias en la homeostasis intestinal,  señalan que la  única enfermedad en la que se ha demostrado un papel causal claro de la disbiosis intestinal, es el caso de las infecciones por Clostridium difficile (bacteria responsable que causa diarrea y cuadros intestinales más graves, tales como la colitis, cuyos síntomas incluyen además de la diarrea acuosa, fiebre, pérdida del apetito, náuseas y dolor o molestias abdominales, cuya aparición es, con frecuencia, secundaria al uso prolongado de antibióticos).

No obstante, también insisten en que las alteraciones en la composición y función de la microbiota se han asociado con varias enfermedades gastrointestinales (enfermedad inflamatoria intestinal, cáncer colorrectal, o síndrome del intestino irritable), así como patologías extra-intestinales, tales como las que afectan al hígado, o el tracto respiratorio (alergia, asma bronquial y fibrosis quística) entre otras y que las especies del género Bifidobacterium son habitantes normales del intestino humano sano y las alteraciones en el número y la composición de su población es una de las características más frecuentes presentes en estas enfermedades.

Lactobacillus

También concluyen que el uso de probióticos (incluyendo cepas de bífidobacterias) en medicina preventiva, para mantener una función intestinal saludable está bien documentada y aunque se necesita un mayor grado de evidencia científica de la eficacia de los probióticos, algunas cepas de bífidobacterias han demostrado resultados muy prometedores en la mejora de los síntomas de la enfermedad inflamatoria intestinal (EII) síndrome del intestino irritable, diarrea y alergias.

Una  revisión realizada por Di Cerbo et al. (2015), resume la evidencia experimental y clínica sobre diferentes especies del género Lactobacillus, proporcionando una visión global de su eficacia para el tratamiento de numerosas patologías y sugiriendo nuevas tendencias terapéuticas.

Los resultados de esta revisión señalan la eficacia de los lactobacilos para el tratamiento de variadas situaciones patológicas: cáncer, trastornos vaginales, hipercolesterolemia, actividad inhibitoria frente a Helicobacter pylori, oxaluria, mastitis, patologías gastrointestinales, dermatitis atópica, resfriado común, rinitis alérgica, diarrea, enfermedad periodontal, diabetes tipo 2, neumonía, pancreatitis, diverticulosis y cirrosis.

También se ofrecen datos sobre la capacidad de los lactobacilos para adherirse y colonizar la mucosa del tracto gastrointestinal (GI), así como información relativa a su seguridad y estabilidad genética que evalúen los efectos de su modificación genética en la homeostasis del organismo huésped.

En el caso de la EII, algunos de los mecanismos propuestos por los que lactobacilos y bífidobacterias pueden ejercer efectos beneficiosos son:

  • La producción de AGCC y lactato, que inhiben el crecimiento de organismos potencialmente patógenos y tienen un efecto anti-inflamatorio en el intestino;
  • El aumento del tiempo de tránsito por el flujo neto de agua de la sangre al lumen intestinal, que influye en la adherencia de las bacterias a la pared intestinal;
  • La reducción de la producción de sustancias nocivas que pueden contribuir a la patogénesis de la EII.

Alteraciones en la función de barrera del epitelio intestinal contribuyen a la inflamación intestinal. Por otra parte, la microbiota intestinal juega un papel fundamental en la respuesta inmune innata y adaptativa del huésped.

La regulación de la respuesta inmune del huésped por la microbiota podría implicar receptores tipo toll (TLR), ya que estos receptores también han demostrado ser un vínculo importante entre la inmunidad innata y adaptativa a través de su presencia en las células dendríticas (CD) y células epiteliales intestinales (CEI).

El estrés y la microbiota

Tiene una influencia significativa sobre el equilibrio de la microbiota intestinal. Moore et al. encontraron cambios estadísticamente significativos en las proporciones de algunas especies bacterianas en individuos en situaciones de ira, miedo o estrés.

El resultado de situaciones de elevada tensión sobre el ecosistema intestinal fue evaluado también por Lizko et al. en individuos sujetos a una preparación para la participación en vuelos espaciales.

Durante la fase de preparación encontraron una disminución en el número de bífidobacterias y lactobacilos y un aumento en el número de Escherichia coli y enterobacterias.

Estos desequilibrios empeoraron hasta el lanzamiento. Después del vuelo el número de patógenos potenciales (enterobacterias y clostridios) también fue aumentado considerablemente, paralelamente a la disminución de lactobacilos.

Tracto gastrointestinal(GI) y microbiota

El impacto del tracto gastrointestinal (GI) en las funciones del cerebro y el comportamiento, estado de ánimo, la cognición y la regulación del dolor ha sido reconocida históricamente («Que la comida sea tu medicina y la medicina sea tu alimento») y actualmente, es en hecho, que el eje intestino-cerebro constituye una ruta homeostático de la comunicación neuronal, hormonal e inmunológica.

El tracto GI representa una zona vulnerable a través de la cual los patógenos influyen en el cerebro induciendo neuroinflamación.

Se ha comprobado que pacientes con deterioro cognitivo leve presentan más infecciones por H. pylori que controles sanos y también, que pacientes con enfermedad de Alzheimer presentan una mayor prevalencia histológica de H. pylori que controles. La toma de un suplemento a base de Lactobacilos y Bífidobacterias durante 30 días, mostró efectos beneficiosos sobre síntomas asociados a ansiedad y depresión.

Los probióticos pueden tener diferentes lugares de acción. Pueden interferir con el crecimiento o supervivencia de microorganismos patógenos de la luz intestinal, también pueden apoyar la función barrera de la mucosa y el sistema inmune mucoso y más allá del intestino, tienen un efecto sobre el sistema inmune sistémico, así como sobre otros órganos como el hígado o el cerebro.

Referencias

  1. Ruiz Alvarez V., Puig Peña Y., Rodríguez Acosta M. Microbiota intestinal, sistema inmune y obesidad Revista Cubana Invest Biomed, (2012), pp. 293.
  2. Whitman W.B., Coleman D.C., Wiebe W.J. Prokaryotes: The unseen majority Proc Natl Acad Sci U S A, 95 (1998), pp. 6578-6583.
  3. Bäckhed F, Ley RE, Sonnenburg JL, Peterson DA, Gordon JI. Host-bacterial mutualism in the human intestine. 2005;307:1915–1920.
  4. Petrosino J.F., Highlander S., Luna R.A. Metagenomic pyrosequencing and microbial identification Clin Chem, 55 (2009), pp. 856-866.
  5. Dumas M.E., Barton R.H., Toye A. Metabolic profiling reveals a contribution of gut microbiota to fatty liver phenotype in insulin-resistant mice Proc Natl Acad Sci U S A, 103 (2006), pp. 12511-12516.
  6. Wlasiuk G., Vercelli D. The farm effect, or: When, what and how a farming environment protects from asthma and allergic disease Curr Opin Alergy Clin Immnunol, 12 (2012), pp. 461-466.
  7. Loh , G., Blaut M. Role of comensal gut bacteria in inflammatory bowel diseases Gut Microbes, 3 (2012), pp. 544-555.
  8. Frazier T.H., DiBaise J.K., McClain C.J. Gut microbiota, intestinal permeability, obesity-induced inflammation and liver injury JPEN J Parenter Enteral Nutr, 35 (2011), pp. 14S-20S.
  9. O’Hara M., Shanahan  F. The gut flora as a forgotten organ EMBO J, 7 (2006), pp. 688-693.
  10. Turnbaugh P.J., R.E. Ley,M.A. Mahowald An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest Nature, 444 (2006), pp. 1027-1031.
  11. Muller H.,F.W. de Toledo,K.L. Resch Fasting followed by vegetarian diet in patients with rheumatoid arthritis: A systematic review Scand J Rheumatol, 30 (2001), pp. 1-10.
  12. Wolever T.M.,P. Spadafora,H. Eshuis Interaction between colonic acetate and propionate in humans Am J Clin Nutr, 53 (1991), pp. 681-687.

Otras referencias:

  1. Scheppach W. Effects of short chain fatty acids on gut morphology and function Gut, 35 (1994), pp. S35-S38.
  2. Eslamparast T., Eghtesad S., Hekmatdoost A., Poustchi H. Probiotics and Nonalcoholic Fatty liver Disease. Middle East. J. Dig. Dis. 2013;5:129–136.
  3. Farrell G.C. Is bacterial ash the flash that ignites NASH? Gut. 2001;48:148–149.
  4. Maddur H., Neuschwander-Tetri B.A. More evidence that probiotics may have a role in treating fatty liver disease. J. Clin. Nutr. 2014;99:425–426.
  5. Ramiro-Puig E., Pérez-Cano F. J., Castellote C., Franch A., Castell M.. El intestino: pieza clave del sistema inmunitario. Rev. esp. enferm. dig. 2008;100(1): 29-34.
  6. Yang L., Seki E. Toll-like receptors in liver fibrosis: Cellular crosstalk and mechanisms. Physiol. 2012;3:138.
  7. FAO/OMS. Report on Joint FAO/WHO Working Group on Drafting Guidelines for the evaluation of probiotics in foods.
  8. .Lee YK, Salminen S. The coming age of probiotics. Trends in Food Sci. Technol. 1995; 6: 241-245.
  9. Saarela, M, Mogensen G, Fonden R, Matto J, Mattila-Sandholm T. Probiotic bacteria: safety, functional and technological properties.J Biotechnology. 2000; 84: 197-215.
  10. Merenstein DJ, Tan TP, Molokin A, Smith KH, Roberts RF, Shara NM, Mete M, Sanders ME, Solano-Aguilar G. Safety of Bifidobacterium animalis subsp. lactis (B. lactis) strain BB-12-supplemented yogurt in healthy adults on antibiotics: a phase I safety study. Gut Microbes. 2015;6(1):66-77.
  11. Ouwehand AC1, Bergsma N, Parhiala R, Lahtinen S, Gueimonde M, Finne-Soveri H, Strandberg T, Pitkälä K, Salminen S. Bifidobacterium microbiota and parameters of immune function in elderly subjects. FEMS Immunol Med Microbiol. 2008 Jun;53(1):18-25.
  12. Tojo R, Suárez A, Clemente MG, de los Reyes-Gavilán CG, Margolles A, Gueimonde M, Ruas-Madiedo P. Intestinal microbiota in health and disease: role of bifidobacteria in gut homeostasis. World J Gastroenterol. 2014 Nov 7;20(41):15163-76.

Referencias adicionales:

  1. de Kivit S., Tobin M. C., Forsyth C. B., Keshavarzian A., Landay A. L. Regulation of intestinal immune responses through TLR activation: implications for pro- and prebiotics. Frontiers in Immunology. 2014;5:p. 60.
  2. Zeuthen L. H., Fink L. N., Frøkiær H. Toll-like receptor 2 and nucleotide-binding oligomerization domain-2 play divergent roles in the recognition of gut-derived lactobacilli and bifidobacteria in dendritic cells. 2008;124(4):489–502.
  3. Mann E. R., Li X. Intestinal antigen-presenting cells in mucosal immune homeostasis: crosstalk between dendritic cells, macrophages and B-cells. World Journal of Gastroenterology. 2014;20(29):9653–9664.
  4. Huis Veld JH. Gastrointestinal flora and health in man and animal. Tijdschr Diergeneeskd 1991;116:232-239.
  5. Moore WE, Cato EP, Holdeman LV. Some current concepts in intestinal bacteriology. Am J Clin Nutr 1978;31:S33-S42.
  6. Lizko NN, Silov VM, Syrych GD. Events in the development of dysbacteriosis of the intestines in man under extreme conditions. Nahrung 1984;28:599-605.
  7. Kountouras J, Tsolaki M, Boziki M, Gavalas E, Zavos C, Stergiopoulos C, Kapetanakis N, Chatzopoulos D, Venizelos I. Association between Helicobacter pylori infection and mild cognitive impairment. Eur J Neurol. 2007 Sep;14(9):976-82.
  8. Kountouras J, Tsolaki M, Gavalas E, Boziki M, Zavos C, Karatzoglou P, Chatzopoulos D, Venizelos I. Relationship between Helicobacter pylori infection and Alzheimer disease. Neurology. 2006 Mar 28;66(6):938-40.
  9. Messaoudi M, Violle N, Bisson JF, Desor D, Javelot H, Rougeot C. Beneficial psychological effects of a probiotic formulation (Lactobacillus helveticus R0052 and Bifidobacterium longum R0175) in healthy human volunteers. Gut Microbes. 2011 Jul-Aug;2(4):256-61.
  10. Rijkers, G. T., Bengmark, S., Enck, P., Haller, D., Herz, U., Kalliomaki, M., … & Rabot, S. (2010). Guidance for substantiating the evidence for beneficial effects of probiotics: current status and recommendations for future research. The Journal of nutrition, 140(3), 671S-676S. bes. 2011 Jul-Aug;2(4):256-61.