Journal of Translational Medicine 2017
(Estudio – Traducido por Instituto Nutrigenómica – Parte 5 de 5)
Debate
La capacidad de identificar y cuantificar rápidamente los géneros bacterianos intestinales nos ha ayudado a entender impacto de la dieta en la composición microbiana del huésped.
Estudios que tienen que ver con el consumo de un componente alimenticio específico demuestran cómo ciertas bacterias tienden a responder al desafío de nutrientes específicos. Las proteínas, las grasas, los carbohidratos digeribles y no digeribles, los probióticos y los polifenoles, inducen cambios en el microbioma con efectos secundarios en los marcadores inmunológicos y metabólicos del huésped.
Por ejemplo, el consumo de proteína de origen animal se correlaciona de manera positiva con la diversidad microbiana general, incrementa la abundancia de organismos tolerantes a la bilis como Bacteroides, Alistipes, y Bilophila, reduce los niveles del grupo de Roseburia/E. rectale.
Una dieta alta en grasas saturadas parece incrementar los niveles de micro flora anaeróbica total y la abundancia relativa de Bacteroides y Bilophila. Estudios en humanos no han mostrado que una dieta alta en grasas insaturadas altere el perfil de las bacterias intestinales; sin embargo, estudios en ratones han mostrado incrementos de Actinobacterias (Bifidobacterium y Adlercreutzia), bacterias del ácido láctico (Lactobacillus y Streptococcus), y Verrucomicrobia (Akkermansia muciniphila).
Se ha mostrado que típicamente tanto los carbohidratos digeribles como los no digeribles aumentan las Bifidobacterium y eliminan las Clostridia, mientras que se ha mostrado que sólo los carbohidratos no digeribles aumentan adicionalmente las Lactobacillus, Ruminococcus, Eubacterium rectale, y Roseburia.
Por último, tanto probióticos como polifenoles aumentan las Bifidobacterias y las bacterias del ácido láctico, mientras reducen las especies enteropatogénicas de Clostridia.
Mantener un microbioma intestinal saludable es crítico para la salud humana
La cada vez más nutrida evidencia sugiere que nuestro microbioma intestinal tiene un impacto profundo en nuestra salud. En la década pasada, se demostró que los microorganismos intestinales tienen que ver en un gran número de enfermedades humanas, incluyendo la obesidad, la psoriasis, el autismo, y los trastornos de humor [133, 134, 135, 136]. La íntima relación entre la dieta, el microbioma humano y la salud sugiere que tal vez podríamos mejorar nuestra salud modulando nuestra dieta. Una forma en que la microbiota puede influir en la salud del huésped es modulando la inmunidad de este último. Estudios en animales libres de gérmenes han demostrado que el microbioma intestinal es esencial para la atracción y diferenciación de células inmunes [137]. Investigaciones adicionales han revelado roles más específicos para algunas especies bacterianas en el control de la inmunidad y de las enfermedades inmunológicas del huésped. En particular, se ha hallado que las bacterias filamentosas segmentadas fomentan la artritis autoinmune a través de una respuesta incrementada de los linfocitos Th17 [20, 138].
Por otra parte, se sabe que las bacterias del ácido láctico y las Bifidobacterias secretan factores que reducen la inflamación, al regular expresión génica dependiente del factor NF-κB, la secreción de IL-8, y los niveles de quimiocinas que atraen macrófagos [139]. También se ha demostrado que las bacterias del ácido láctico y las Bifidobacterias regulan de forma directa las respuestas inflamatorias controladas por las células efectoras T, mientras nivelan la expresión celular regulatoria T antiinflamatoria en ratones [140]. El mecanismo exacto en que la flora intestinal controlan las respuestas inmunes todavía no puede ser explicada completamente; sin embargo, varios estudios sugieren que los ácidos grasos de cadena corta derivados de microbios podrían contribuir mediante los mecanismos de los receptores de proteínas G acopladas y los mecanismos epigenéticos [141, 142]. También se ha mostrado que los ácidos grasos de cadena corta intestinales incrementan de forma directa la abundancia de células regulatorias en el intestino y brindan protección contra la inflamación alérgica de las vías respiratorias [17, 143, 144, 145]. Además, podría inhibir el factor de transcripción NF-κB, dando como resultado una menor secreción de varias citocinas pro inflamatorias [130].
La flora intestinal también puede controlar la inmunidad del huésped a través de modificaciones genéticas
Por ejemplo, el butirato derivado de microbios inhibe las histonas deceatilasa 6 y 9, lo cual da como resultado una mayor acetilación del fomentador del gen FOXP3 y una mayor proliferación de células T regulatorias [142]. Una menor metilación de los promotores de los genes pro inflamatorios TLR2 y FFAR3 está correlacionada con una menor abundancia de Faecalibacterium prausnitzii en pacientes con diabetes tipo 2 [146, 147]. Claramente, nuestro microbioma intestinal tiene diversos efectos en la inmunidad del huésped, y una flora intestinal balanceada es crítica para un sistema inmunológico saludable (Tabla 9).
Tabla 9
Efectos de los componentes alimenticios en los parámetros inmunes
SCFA ácidos grasos de cadena corta, TLR activación de receptores que actúan como puntos de control, WAT inflamación de tejidos adiposos blancos, Met Endo endotoxemia metabólica, LPS niveles de lipopolisacáridos, CRP proteína C reactiva, IL-6 interleucina-6, IL-10 interleucina-10, IgA inmunoglobulina A
Además de la inmunidad, se ha demostrado que los microorganismos intestinales impactan la salud metabólica del huésped
Se ha mostrado que los individuos con trastornos metabólicos como obesidad y diabetes presentan disbiosis intestinal, en comparación con individuos saludables [148, 149]. Una mayor caracterización del vínculo entre el microbioma intestinal y la obesidad ha revelado varios grupos bacterianos que podrían contribuir específicamente a la enfermedad. En particular, los individuos obesos tienen una proporción original alta de Firmicutes/Bacteroidetes. En estos sujetos, se observó que la reducción del consumo calórico disminuía la proporción Firmicutes/Bacteroidetes [148]. De forma intrigante, los huéspedes con un microbioma intestinal dominado por Firmicutes han alterado la metilación en los fomentadores de genes que están vinculados con enfermedades cardiovasculares y obesidad [150]. Adicionalmente, se ha demostrado que algunas especies de Lactobacilos disminuyen las complicaciones metabólicas asociadas a la obesidad [151, 152]. Los efectos beneficiosos de los lactobacilos podrían ser atribuidos a interacciones con las bacterias que fomentan la obesidad en los intestinos y el control directo de la inmunidad y el funcionamiento de la barrera intestinal del huésped [153].
Interesantemente, la bacteria A. muciniphila, la cual degrada la mucosidad, también ha sido vinculada con un perfil metabólico saludable. Individuos obesos con una mayor abundancia relativa final de A. muciniphila por lo general tienen mejoras superiores en parámetros metabólicos asociados a la obesidad (tolerancia a la insulina, triglicéridos en el plasma y distribución de grasa corporal) después de una intervención alimenticia [154]. De manera interesante, los ratones libres de gérmenes son más resistentes a la obesidad inducida por la dieta, posiblemente debido a un mayor metabolismo de los ácidos grasos en ausencia de ciertas composiciones de microflora [155]. En conjunto, estos hallazgos demuestran el importante rol de la microbiota intestinal para mantener la integridad metabólica del huésped (Tabla 10).
Tabla 10
Efectos de los componentes alimenticios en los parámetros metabólicos
Chol colesterol, LDL lipoproteína de baja densidad, HDL lipoproteína de alta densidad, TG triglicéridos, IGF-1 factor de crecimiento insulínico tipo 1
Conclusión y provisiones futuras
En conclusión, la reseña del material publicado sugiere que la dieta puede modificar el microbioma intestinal, lo cual, a su vez tiene un profundo impacto en la salud general. Este impacto puede ser beneficioso o perjudicial, dependiendo de la identidad relativa y la abundancia de las poblaciones bacterianas constituyentes. Por ejemplo, se ha demostrado que una dieta alta en grasas reduce de manera perjudicial las A. muciniphila y los Lactobacillus, las cuales están relacionadas con estados metabólicos saludables [53].
Esta observación proporciona un buen ejemplo de cómo la intervención alimenticia podría ser utilizada potencialmente para tratar enfermedades complejas, como la obesidad y la diabetes.
Por otra parte, avances en la investigación han sugerido nuevas posibilidades terapéuticas para enfermedades que han sido difíciles de tratar. Por ejemplo, el trasplante de microbiota fecal ha sido utilizado con éxito para tratar diferentes padecimientos, incluyendo la colitis ulcerosa, la colitis relacionada con Clostridium difficile, el síndrome de intestino de rentable, e incluso la obesidad [156, 157, 158, 159, 160].
Es posible que las condiciones dermatológicas, incluyendo la psoriasis y la dermatitis atópica, puedan también beneficiarse de la reingeniería de la microbiota intestinal. Avances recientes en la investigación del microbioma ofrecen nuevas herramientas prometedoras para potencialmente mejorar la salud humana.
La mayoría de los estudios analizados en este manuscrito generaron un perfil del microbioma utilizando la secuenciación de amplicones 16S rRNA, la cual utiliza las regiones hipervariables del gen bacteriano 16S rRNA para identificar bacterias presentes en muestras biológicas. La secuenciación 16S rRNA es el método usado más comúnmente por los investigadores médicos para estudiar la composición microbiana, debido a su bajo coste y a su método de trabajo relativamente simple para la preparación de muestras y procesos de análisis bioinformáticos. Sin embargo, la secuenciación de amplicones 16S rRNA proporciona, principalmente, información sobre la identidad bacteriana y no sobre sus funciones.
Con el fin de investigar las funciones del microbioma, muchos investigadores han cambiado a un enfoque metagenómico amplio en el cual el genoma bacteriano completo es secuenciado. A pesar de tener un coste mayor y un requerimiento más complicado de bioinformática, el enfoque metagenómico amplio proporciona información sobre la identidad bacteriana y su composición genética. Al saber cuáles genes están codificados por las bacterias presentes en una muestra, los investigadores pueden comprender mejor sus roles en la salud humana. Con costes cada vez menores en la secuenciación de nueva generación, mejores protocolos de preparación de muestras, y más herramientas bioinformáticas disponibles para análisis metagenómicos, esta técnica será una poderosa herramienta para estudiar la funcionalidad del microbioma. Realizar un meta análisis para correlacionar el microbioma con el genoma, transcriptoma e inmunofenotipo del huésped, representa otra emocionante vía para investigar las interacciones humano-bacterianas.
La medicina de precisión es otro método terapéutico innovador para muchas enfermedades con fuertes asociaciones genéticas. Es importante recalcar que el genotipo del huésped también juega un rol en la modelación del microbioma, y que esta interacción huésped-microbios es crucial para mantener la salud humana [161]. Por lo tanto, una mejor comprensión de la interacción entre genes, fenotipos, y el microbioma proporcionarán información importante que puede ser usada en el beneficio de la medicina de precisión.
La observación de que la dieta puede regular las interacciones ente el huésped y el microbioma presagia un futuro enfoque terapéutico promisorio. Ya se ha mostrado que el microbioma intestinal puede influir en la respuesta a la inmunoterapia para el cáncer [162, 163]. En efecto, la nutrición personalizada es un concepto emergente que utiliza un algoritmo generado por una máquina para predecir respuestas metabólicas a las comidas [164, 165]. Esta herramienta tiene mayores implicaciones para el cuidado individualizado de pacientes a través de la modificación alimenticia. Aunque esta y otras tecnologías están en proceso de ser perfeccionadas y validadas, serían útiles más investigaciones que utilicen pruebas clínicas grandes a largo plazo para evaluar una mayor variedad de componentes alimenticios, para hacer recomendaciones nutricionales específicas para los pacientes.
Fuente: translational-medicine.biomedcentral.com
Fecha: 8 de abril de 2017
Link: https://translational-medicine.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12967-017-1175-y
Autores: Rasnik K. Singh, Hsin-Wen Chang, Di Yan, Kristina M. Lee, Derya Ucmak, Kirsten Wong, Michael Abrouk, Benjamin Farahnik, Mio Nakamura, Tian Hao Zhu, Tina Bhutani y Wilson LiaoEmail authorView ORCID ID profile
Journal of Translational Medicine 2017 15:73
DOI: 10.1186/s12967-017-1175-y © El(Los) Autor(es) 2017
Nota: Instituto Nutrigenómica no se hace responsable de las opiniones expresadas en el presente artículo.
