Descubren cómo las bacterias prosperan en el intestino humano
Una nueva investigación de la Universidad de Chicago (Estados Unidos) muestra que algunos grupos de los microbianos intestinales auxiliares son "increíblemente ingeniosos", con un gran repertorio de genes que les ayudan a generar energía por sí mismos y así prosperar en el intestino.
El microbioma intestinal es tan útil para la digestión y la salud humana que a menudo se le llama órgano extradigestivo. Esta vasta colección de bacterias y otros microorganismos en el intestino nos ayuda a descomponer los alimentos y producir nutrientes u otros metabolitos que impactan la salud humana de muchas maneras.
El estudio, publicado en 'Nature Microbiology', identificó 22 metabolitos que tres familias lejanas de bacterias intestinales utilizan como alternativas al oxígeno para la respiración en el entorno anaeróbico del intestino. Estas bacterias también tienen hasta cientos de copias de genes para producir las enzimas que procesan estos metabolitos alternativos, muchas más de las que se han medido en bacterias que viven fuera del intestino. Estos resultados sugieren que las bacterias intestinales anaeróbicas también pueden tener la capacidad de producir energía a partir de cientos de otros compuestos.
"Estos son algunos de los metabolismos peculiares que actúan sobre todos estos diferentes metabolitos producidos por el microbioma intestinal", afirma el profesor asistente de microbiología de la familia Neubauer en UChicago y autor principal del estudio, Sam Light. "Esto es interesante porque una de las principales formas en que el microbioma afecta nuestra salud es creando o modificando estas pequeñas moléculas que luego pueden ingresar a nuestro torrente sanguíneo y actuar como drogas", añade.
A nivel del organismo, normalmente pensamos en la respiración como el proceso de inhalar oxígeno. A nivel celular, la respiración describe un proceso bioquímico generador de energía. La mayoría de las células utilizan oxígeno para respirar, pero en entornos anaeróbicos como el interior del intestino, las células han evolucionado para utilizar otras moléculas.
Las células poseen dos tipos principales de metabolismo para producir energía: fermentación y respiración. En la fermentación, la célula descompone moléculas para generar energía directamente. La respiración involucra dos moléculas: un donante de electrones y un aceptor de electrones.
Un ejemplo clásico de este proceso utiliza glucosa como donante y oxígeno como aceptor. Las células descomponen la glucosa transportando los electrones extraídos a través de una serie de pasos antes de su transferencia final a una molécula de oxígeno. Esto hace que la célula genere ATP o trifosfato de adenosina: la fuente básica de energía para su uso y almacenamiento a nivel celular.
La mayoría de los microbios que viven en el intestino utilizan la fermentación, pero también se conocen varios tipos de bacterias con metabolismo respiratorio, incluidas aquellas que utilizan dióxido de carbono y aceptores de electrones de sulfato. Para el nuevo estudio, los investigadores analizaron una base de datos de más de 1.500 genomas de una base de datos de bacterias intestinales humanas.
Así, vieron una sorprendente distribución de genes que producen reductasas, que son enzimas que utilizan diferentes aceptores de electrones respiratorios. Si bien la mayoría de los genomas codifican solo unas pocas reductasas, un pequeño subconjunto codifica más de 30 diferentes. Estas bacterias no estaban estrechamente relacionadas; provenían de tres familias distintas y lejanamente relacionadas ('Burkholderiaceae', 'Eggerthellaceae' y 'Erysipelotrichaceae') separadas por cientos de millones de años de historia evolutiva.
Estas bacterias parecen tener más recursos que las bacterias con metabolismo respiratorio que viven fuera de un organismo huésped, que utilizan principalmente compuestos inorgánicos. Las bacterias respiratorias intestinales que Light y su equipo identificaron se especializan en varios metabolitos orgánicos, lo que tiene sentido dado el suministro constante de alimentos.
"Hay tanta materia orgánica en el intestino que proviene de los alimentos que comemos. Es químicamente complejo y se necesitan más enzimas para acomodarlo en ese entorno", afirma Sam Light. "Creemos que esta variedad de genes permite que las bacterias intestinales utilicen muchas cosas diferentes que se les presentan", añade.
Algunos de los metabolitos que utilizan también tienen implicaciones interesantes para la salud intestinal humana. Las personas con diabetes tipo 2, por ejemplo, tienen niveles más altos de un subproducto de un aminoácido llamado propionato de imidazol en la sangre. Otro metabolito, el resveratrol, afecta varios procesos metabólicos y del sistema inmunológico, y los macrófagos producen el itaconato en respuesta a las infecciones.
"Espero que nuestra comprensión de estos diferentes metabolismos y cómo funcionan nos permita idear estrategias para intervenir, ya sea a través de la dieta o farmacológicamente, para modular el flujo de metabolitos a través de estas diversas vías", apunta Light. "Entonces, en cualquier contexto, como diabetes tipo 2 o después de una infección, podríamos controlar qué metabolitos se producen para tener un beneficio terapéutico", concluye.