Quintillones de microbios en una persona definen nuestra esencia

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

Cuanto más estudian los científicos los microbios que viven en el cuerpo humano, más aprenden sobre la poderosa influencia de estas migajas en nuestra apariencia, comportamiento e incluso en la forma de pensar y sentir.

¿Los virus, bacterias, hongos unicelulares y otros organismos que viven en los pulmones y los intestinos, la piel y los globos oculares realmente dependen de nuestra salud y bienestar? ¿No es demasiado extraño creer que las criaturas microscópicas que llevamos en nosotros mismos y sobre nosotros mismos determinan de muchas maneras nuestra esencia misma?

La influencia del microbioma, este es el nombre de este mini-zoológico, puede ser fundamental ya en las primeras etapas de desarrollo.

Uno de los estudios, cuyos resultados se publicaron el año pasado, muestra que incluso una cualidad aparentemente innata como el temperamento de un bebé puede depender de si la mayoría de las bacterias en sus intestinos pertenecen al mismo género: cuantas más bifidobacterias, más alegre es el niño..

Las conclusiones a las que llegaron Anna-Katariina Aatsinki y sus colegas de la Universidad de Turku en Finlandia se basan en el análisis de muestras de heces de 301 bebés. Los niños que tenían más bifidobacterias a los dos meses tenían más probabilidades de mostrar "emociones positivas", como determinaron los investigadores, a los seis meses.

El estudio del microbioma comenzó hace relativamente poco tiempo; de hecho, solo hace 15 años. Esto significa que la mayor parte de la investigación realizada hasta la fecha ha sido preliminar y de alcance modesto, y solo ha involucrado a decenas de ratones o humanos. Los científicos han encontrado una relación definida entre el estado del microbioma y varias enfermedades, pero aún no han podido identificar relaciones claras de causa y efecto entre habitantes específicos de un "mundo interior" densamente poblado de una persona y su salud.

Incluso el número de estos habitantes es asombroso: hoy en día se cree que alrededor de 38 trillones (1012) de microbios viven en el cuerpo de un joven común, esto es incluso más que sus propias células humanas. Si aprendemos a entender cómo deshacernos de esta - nuestra propia - riqueza, se abrirán ante nosotros perspectivas fascinantes.

Según los optimistas, en un futuro próximo será habitual inyectar a una persona complejos sanos de microbios en forma de prebióticos (compuestos que actúan como sustrato sobre el que pueden multiplicarse las bacterias beneficiosas), probióticos (estas mismas bacterias) o por vía fecal. trasplante (trasplante de un rico microbioma intestinal de donantes) - para que pueda sentirse sano.

Cuando la gente habla del microbioma, se refiere principalmente a los habitantes del tracto gastrointestinal, que constituyen el 90 por ciento de nuestros microorganismos. Sin embargo, otros órganos están llenos de vida: los microbios llenan cualquier parte del cuerpo que esté en contacto con el mundo exterior: ojos, oídos, nariz, boca, ano, sistema genitourinario. Además, los gérmenes están presentes en cualquier parte de la piel, especialmente en las axilas, el perineo, entre los dedos de los pies y en el ombligo.

Y esto es lo que es realmente sorprendente: cada uno de nosotros tiene un conjunto único de microbios que nadie más tiene. Hoy, según Rob Knight del Centro de Innovación del Microbioma de la Universidad de California (San Diego), ya se puede argumentar que la probabilidad de que dos personas con el mismo conjunto de especies en microbiomas se acerque a cero. La singularidad del microbioma podría explotarse en medicina forense, dijo Knight. “Quien tocó un objeto es rastreado por la 'huella digital' del microbioma que queda en la piel de una persona”, explica. Bueno, algún día, los investigadores, en busca de evidencia, comenzarán a recolectar muestras de microbios que viven en la piel, tal como lo hacen hoy con las huellas dactilares.

En este artículo, compartiremos algunos de los descubrimientos más importantes realizados por científicos que han estudiado el microbioma y cómo nos afecta desde la infancia hasta la vejez.

Infancia

El feto en el útero es prácticamente estéril. Pasando por el canal de parto, se encuentra con una miríada de bacterias. Durante el parto normal, el bebé es "lavado" por los microbios que viven en la vagina; además, las bacterias intestinales de la madre entran en contacto con él. Estos microbios comienzan inmediatamente a habitar sus propios intestinos, entrando en una especie de comunicación con el sistema inmunológico en desarrollo. Entonces, ya en las primeras etapas de su existencia, el microbioma prepara al sistema inmunológico para funcionar correctamente en el futuro.

Si el bebé nace por cesárea, no hay contacto con las bacterias de la madre y otros microorganismos colonizan sus intestinos, desde la piel de la madre y la leche materna, de las manos de una enfermera, incluso de la ropa de hospital. Tal microbioma extraño puede complicar toda la vida futura de una persona.

En 2018, Paul Wilms del Centro de Medicina de Sistemas de la Universidad de Luxemburgo publicó los resultados de un estudio de 13 bebés nacidos de forma natural y 18 bebés nacidos quirúrgicamente. Wilms y sus colegas analizaron las heces de los recién nacidos y sus madres, así como las muestras vaginales de las mujeres en trabajo de parto. Las "cesáreas" tenían significativamente menos bacterias que producen lipopolisacáridos y, por lo tanto, estimulan el desarrollo del sistema inmunológico. Quedan pocos microbios de este tipo durante al menos cinco días después del nacimiento; esto, según Wilms, es suficiente para tener consecuencias a largo plazo para la inmunidad.

Después de algún tiempo, generalmente hacia el primer cumpleaños, los microbiomas de los niños de ambos grupos adquieren similitudes. Sin embargo, según Wilms, la diferencia observada en los primeros días de vida significa que en el cuerpo de los bebés nacidos por cesárea, la inmunización primaria puede no pasar, durante la cual las células inmunes aprenden a responder correctamente a las influencias externas. Esto probablemente explica por qué estos niños tienen más probabilidades de desarrollar una variedad de problemas relacionados con el funcionamiento del sistema inmunológico, incluidas alergias, inflamación y obesidad. Según Wilms, en el futuro, tal vez, a las "cesáreas" se les administren probióticos, creados a partir de cepas de bacterias de la madre, para poblar su sistema digestivo con microbios beneficiosos.

Infancia

Las alergias alimentarias se han vuelto tan comunes que algunas escuelas han impuesto restricciones sobre la comida que los niños pueden llevarse de casa (por ejemplo, no se les permite traer barras de maní o sándwiches de mermelada) para que algunos compañeros no desarrollen alergias. En los Estados Unidos, 5,6 millones de niños padecen alergias alimentarias, es decir, hay al menos dos o tres de esos niños en cada clase.

Se citan una variedad de razones que podrían conducir a la propagación de alergias, incluido un aumento en el número de bebés que nacen por cesárea y el uso excesivo de antibióticos que pueden destruir las bacterias que nos protegen. Katherine Nagler y sus colegas de la Universidad de Chicago decidieron probar si la propagación de las alergias alimentarias entre los niños está relacionada con la composición de su microbioma. El año pasado, publicaron los resultados de un estudio que involucró a ocho niños de seis meses, la mitad de los cuales eran alérgicos a la leche de vaca. Resultó que los microbiomas de los representantes de los dos grupos son bastante diferentes: en los intestinos de los bebés sanos había bacterias típicas para el desarrollo adecuado de los niños de su edad, y las bacterias que son más características de los adultos se encontraron en los que padecían de vacas. alergias a la leche.

En los niños alérgicos, dijo Nagler, la transición generalmente lenta del microbioma infantil al adulto "se produjo a un ritmo anormal".

Nagler y sus colegas trasplantaron (mediante trasplantes fecales) las bacterias intestinales de "sus" bebés en ratones, nacidos por cesárea y criados en condiciones estériles, es decir, completamente libres de microbios. Resultó que solo los ratones trasplantados de bebés sanos no mostraron una reacción alérgica a la leche de vaca. Otros, como sus donantes, se han vuelto alérgicos.

Otros estudios mostraron que el papel principal en la protección del primer grupo de ratones, aparentemente, lo desempeñaron las bacterias de una especie, que se encuentra solo en niños: Anaerostipes caccae del grupo Clostridia. La clostridia también previene las alergias al maní, hallaron Nagler y sus colegas en un estudio.

Nagler, presidente y cofundador de la startup farmacéutica ClostraBio, con sede en Chicago, espera probar el potencial terapéutico de Anaerostipes caccae en ratones de laboratorio y luego en personas alérgicas. La primera tarea consistió en encontrar un lugar en los intestinos donde pudiera depositarse una tropa de bacterias beneficiosas. Incluso en un microbioma no saludable, dice Nagler, todos los nichos ya están llenos; de modo que para que Clostridia eche raíces en un nuevo lugar, es necesario expulsar a los habitantes anteriores. Por lo tanto, ClostraBio ha creado un fármaco que despeja un cierto nicho en el microbioma. Nagler y sus colegas lo "recetan" a ratones y luego les inyectan varios tipos de Clostridia, así como fibra dietética que promueve la reproducción de microbios. Nagler espera comenzar los ensayos clínicos en humanos de Clostridia en los próximos dos años y, finalmente, crear un medicamento para niños con alergias alimentarias.

Los microbios intestinales también pueden asociarse con otras enfermedades en los niños, incluida la diabetes tipo I. En Australia, los científicos analizaron muestras de heces de 93 niños cuyos familiares padecían diabetes y descubrieron que aquellos que posteriormente desarrollaron la enfermedad tenían niveles elevados de enterovirus A en las heces. Sin embargo, uno de los experimentadores, W. Ian Lipkin de Meilmanovskaya Escuela de Salud Pública de la Universidad de Columbia, advierte a sus colegas que no deben sacar conclusiones precipitadas de que las causas de ciertas enfermedades se deben únicamente a diferencias en el microbioma. "Todo lo que sabemos con certeza", dice, "es que ciertos microbios están relacionados de alguna manera con ciertas enfermedades".

Aún así, Lipkin está entusiasmado con el futuro de la ciencia del microbioma. Según su pronóstico, durante los próximos cincuenta años, los científicos revelarán el mecanismo del efecto del microbioma en el cuerpo y comenzarán ensayos clínicos en humanos para demostrar cómo se puede mejorar la salud "editando" el microbioma.

Juventud

Muchos adolescentes tienen predisposición al acné, y parece haber un fenómeno llamado "microbioma sebáceo". La piel de los chicos es especialmente acogedora para dos cepas de la bacteria Cutibacterium acnes asociadas con el acné. La mayoría de las cepas de esta bacteria son seguras o incluso beneficiosas porque inhiben el crecimiento de microbios patógenos; de hecho, esta bacteria es un componente importante del microbioma normal de la cara y el cuello.

Sin embargo, una mala cepa puede causar mucho daño: su presencia, según Amanda Nelson, dermatóloga de la Facultad de Medicina de la Universidad de Pensilvania, es uno de los requisitos previos para el desarrollo de la inflamación. Entre otras razones para el desarrollo de la enfermedad, los científicos llaman sebo (producido por las glándulas sebáceas para hidratar la piel), que sirve como caldo de cultivo para C. acnes, folículos pilosos y tendencia a la inflamación. Todo funciona en conjunto y, según Nelson, todavía no sabemos cuál es más importante.

Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington examinaron el microbioma de las glándulas sebáceas y encontraron que el único tratamiento duradero para el acné, la isotretinoína (conocida por varios nombres comerciales), funciona en parte alterando el microbioma de la piel, aumentando la diversidad general de microbios, entre los cuales son más difíciles de arraigar las cepas dañinas.

Ahora que los científicos han aprendido que la isotretinoína actúa alterando la composición del microbioma, es posible que intenten crear otros medicamentos con el mismo efecto, pero con suerte otros más seguros; después de todo, la isotretinoína puede provocar defectos de nacimiento en los niños si las madres tomaron el medicamento durante durante el embarazo.

Madurez

¿Qué pasaría si pudiera hacer más con sus entrenamientos simplemente tomando prestados los microbios intestinales de un atleta? Esta pregunta fue hecha por científicos de la Universidad de Harvard. Durante dos semanas, recolectaron muestras de heces diarias de 15 corredores que participaron en el Maratón de Boston de 2015, comenzando una semana antes de la carrera y terminando una semana después, y las compararon con muestras de heces recolectadas de diez personas en el grupo de control también más de dos. semanas sin correr. Los investigadores encontraron que unos días después del maratón, las muestras tomadas de los corredores contenían significativamente más bacterias Veillonella atypica que las del grupo de control.

“Este descubrimiento explica muchas cosas, porque Veilonella tiene un metabolismo único: su fuente de energía favorita es el lactato, la sal del ácido láctico”, dice Aleksandar Kostić del Joslin Diabetes Research Center y la Harvard Medical School. "Y pensamos: ¿tal vez Veilonella descompone el lactato muscular en el cuerpo del atleta?" Y, si esto es así, ¿es posible, introduciendo sus cepas a personas alejadas del deporte profesional, aumentar su resistencia?

Luego, los científicos abordaron los ratones de laboratorio: Veilonella, aislada de las heces de uno de los corredores, se inyectó en 16 ratones con un microbioma normal probado para detectar patógenos. Luego, se colocó a los sujetos en una cinta rodante y se les obligó a correr hasta que se agotaron. Se hizo lo mismo con 16 ratones control; solo se les inyectaron bacterias que no consumen lactato. Resultó que los ratones "infectados" con Veilonella corrieron mucho más tiempo que los animales de control, lo que significa, según creen los investigadores, que el microbioma puede desempeñar un papel fundamental en el mantenimiento del rendimiento.

Según Kostich, este experimento es "un maravilloso ejemplo de lo que nos da la simbiosis". Veilonella prospera cuando una persona, su portadora, como resultado de la actividad física produce lactato, del cual se alimenta y, a su vez, beneficia a la persona al convertir el lactato en propionato, lo que afecta el desempeño del huésped, porque, entre otras cosas, aumenta la frecuencia de las contracciones del corazón y mejora el metabolismo del oxígeno, y también, posiblemente, previene el desarrollo de inflamación en los músculos.

"Este tipo de relación parece ser la base de la mayoría de las interacciones entre los humanos y el microbioma", explica Kostich. "En última instancia, la relación entre ellos es muy beneficiosa para ambos".

El microbioma también puede ser responsable de las características menos agradables de la naturaleza humana, incluidas las condiciones mentales como la ansiedad y la depresión. En 2016, científicos de la Universidad Nacional de Irlanda en Cork publicaron los resultados de un estudio sobre la influencia del microbioma en el desarrollo de la depresión. Los investigadores dividieron a 28 ratas de laboratorio en dos grupos. El grupo experimental recibió trasplantes de microflora intestinal de tres hombres que sufrían de depresión severa, y el grupo de control, de tres hombres sanos.

Resultó que el microbioma intestinal de las personas que padecían depresión se hundió en la depresión y las ratas. En comparación con los animales de control, mostraron una pérdida de interés en las actividades que les brindan placer (en las ratas esto está determinado por la frecuencia con la que quieren beber agua dulce) y una mayor ansiedad, expresada en su deseo de evitar áreas abiertas o desconocidas del laboratorio. laberinto.

Dada la gran diferencia entre ratas y humanos, los investigadores señalan que su estudio proporciona nueva evidencia de que el microbioma intestinal puede desempeñar un papel en la depresión. Tarde o temprano, dicen, puede llegar el día en que se combata la depresión y otros trastornos similares, incluso atacando ciertas bacterias en el cuerpo humano.

Vejez

El microbioma es resistente y fluido al mismo tiempo. Su estructura única está formada en gran parte por la edad de cuatro años, y solo factores muy importantes pueden afectarlo realmente, por ejemplo, un cambio en la dieta, la intensidad de la actividad física o el tiempo que pasa al aire libre, mudarse a un nuevo lugar de residencia, el uso de antibióticos y algunos otros medicamentos. Sin embargo, en cierto sentido, el microbioma está en constante cambio, cambiando sutilmente con cada comida. En los adultos, estos cambios son tan predecibles que su edad se puede determinar aproximadamente con solo familiarizarse con el conjunto de bacterias que viven en los intestinos.

Esta técnica, conocida como "determinar la edad mediante el reloj microbioma del envejecimiento", requiere la ayuda de inteligencia artificial, como en un experimento realizado recientemente por la startup Insilico Medicine, con sede en Hong Kong. Los científicos han recopilado información sobre los microbiomas de 1165 personas de Europa, Asia y América del Norte. Un tercio de ellos tenía entre 20 y 30 años, otro tercio, entre 40 y 50 años, y el último, entre 60 y 90 años.

Los científicos, al marcar la edad de sus portadores, sometieron los datos del 90 por ciento de los microbiomas a una "interpretación por computadora", y luego aplicaron los patrones identificados por inteligencia artificial a los microbiomas del diez por ciento restante de personas cuya edad no estaba marcada. Fue posible establecer su edad con un error de solo cuatro años.

¿Qué significa "editar" tu microbioma y vivir en paz? Por desgracia, incluso los mayores entusiastas de la ciencia del microbioma dicen que hasta ahora es difícil sacar conclusiones precisas sobre la relación entre el microbioma y la salud humana, e insisten en que se debe tener mucho cuidado en la transición al tratamiento con injertos bacterianos.

Muchos ahora están entusiasmados con el potencial de la microbiota para ser utilizada como medicina, dice Paul Wilms de la Universidad de Luxemburgo, señalando que las compañías farmacéuticas están desarrollando nuevos probióticos para equilibrar el microbioma.

“Antes de que realmente podamos hacerlo bien e inteligentemente”, dice Wilms, “debemos comprender en detalle qué es un microbioma saludable y exactamente cómo afecta al cuerpo humano. Creo que todavía estamos muy lejos de eso.

Microbios dentro de nosotros

• colon - 38 trillones
• placa - 1 trillón
• piel - 180 mil millones
• saliva - 100 mil millones
• intestino delgado - 40 mil millones
• estómago - 9 millones

Ver el microbioma

Todas las imágenes de este artículo fueron tomadas por Martin Eggerly usando un microscopio electrónico de barrido: las muestras se secaron, se rociaron átomos de oro sobre ellas y se colocaron en una cámara de vacío. La longitud de onda del haz de electrones del microscopio es más corta que la luz visible, por lo que el haz "resalta" los objetos más pequeños, pero fuera del espectro de colores. Microbios teñidos con huevos, cuyo color se conoce, en estos colores, en otros casos eligió una gama diferente para que se pudieran distinguir los microbios y sus rasgos característicos.