Flora intestinal: obtenga más energía de menos alimentos

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

El examen de una mujer con quejas de diarrea persistente y dolor abdominal agudo reveló una inflamación aguda del colon causada por Clostridia. Dada la resistencia de las bacterias a los antibióticos, se le ofreció al paciente un método de terapia experimental pero eficaz: el trasplante de microbiota del donante (microflora intestinal).

Después de la introducción de 600 ml de una suspensión de heces del donante en los intestinos del paciente, ya no se observaron recaídas de la enfermedad: la microbiota del donante desplazó con éxito al patógeno y ocupó sus nichos. Sin embargo, un año después, la mujer se quejó al médico por el rápido aumento de peso, mientras que toda su vida antes del trasplante tenía un peso corporal normal y estable. Desde el momento del procedimiento, el aumento fue de 15 kg, y el peso corporal total alcanzó los 77 kg con una altura de 155 cm. A pesar de la condición física y la dieta, el peso del paciente pronto superó los 80 kg. El médico señaló que un donante generalmente sano también tiene sobrepeso y permitió la posibilidad de "contaminación" de la obesidad a través de la microbiota. A primera vista, una suposición tan audaz tiene una base de evidencia sólida. En este artículo, hablaré sobre el efecto de la microbiota en la digestión y por qué la diversidad de especies disminuye y la uniformidad aumenta el riesgo de obesidad.

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Introducción

La probabilidad de heredar la obesidad alcanza el 80%, pero las diferencias individuales en el genoma nuclear explican menos del 2% de la variabilidad del peso corporal en la población. Además, el genoma nuclear se transmite al niño casi por igual de cada padre, pero los niños heredan la obesidad con una frecuencia significativamente mayor de sus madres. Este fenómeno a menudo se explica por la influencia en el metabolismo de las mitocondrias, que tienen su propio ADN y que están ausentes en la cabeza del esperma, por lo que el genoma mitocondrial lo hereda el embrión solo del óvulo de la madre. Sin embargo, los resultados de un estudio del genoma mitocondrial explican aún menos casos de herencia de la obesidad. Por lo tanto, si la herencia de esta enfermedad solo está mediada parcialmente por los genomas nuclear y mitocondrial, entonces tal vez la obesidad se transmita a los niños principalmente a través del tercer genoma humano: el microbioma (un conjunto de genes de la microbiota), que también se hereda de ¿La madre?

Herencia y variabilidad del microbioma

El desarrollo intrauterino se acompaña de la esterilidad absoluta del feto, que por primera vez recibe microbiota, superando el canal del parto durante el parto natural. Por tanto, los bebés nacidos de forma natural tienen una microbiota más diversa que los extraídos por cesárea. Además, los estudios han demostrado que los niños nacidos por cesárea tienen un mayor riesgo de obesidad. Sin embargo, la composición de la microbiota en estos niños se normaliza gradualmente bajo la condición de la lactancia materna, lo que asegura el predominio de bifidobacterias y lactobacilos, que suprimen las poblaciones de bacterioides oportunistas y clostridios. El nacimiento natural y la lactancia materna forman la columna vertebral de la microbiota, que suele durar toda la vida. El enriquecimiento adicional de la microbiota con otros tipos de bacterias depende del estilo de vida.

Entonces, por ejemplo, visitar el jardín de infancia es un factor importante e independiente para aumentar la diversidad de especies de la microbiota. Por otro lado, el uso generalizado de antibióticos y antisépticos, así como las estrictas normas sanitarias y de higiene, reducen el tipo de cambio de la microbiota entre las personas y su diversidad (lea más sobre el efecto de los antibióticos sobre la microbiota y el mal aliento aquí). Así, podemos hablar de heredabilidad y variabilidad del microbioma.

Estructura de la microbiota

Con la edad, la cantidad de células bacterianas en el intestino alcanza gradualmente los 100 billones, lo que supera en 10 veces la cantidad de células del propio cuerpo en un adulto. Al mismo tiempo, debido al pequeño tamaño de las bacterias, toda la microbiota pesa hasta 2 kg y cabe en el intestino grueso.

Aproximadamente el 60% del contenido del recto son microorganismos, cuyas colonias crecen en las fibras de los alimentos vegetales (celulosa), utilizándolos como alimento y un esqueleto, formando así una consistencia grumosa de heces. A pesar de la cantidad significativa de bacterias, los científicos han considerado durante mucho tiempo su interacción con el cuerpo humano estrictamente en el marco del comensalismo, en el que el microorganismo se beneficia de la relación y el macroorganismo no recibe ni beneficio ni daño. Sin embargo, con el desarrollo de métodos de genotipado, el concepto de microbiota ha cambiado significativamente.

Se encontró que la diversidad de especies de la microbiota alcanza las 300-700 especies de microorganismos, y su genoma total consta de 10 millones de genes, que es 300 veces mayor que el genoma humano. Tal suma de los genes del microbioma y una comparación de su número con el de los humanos no es solo un eslogan aquí. Muchos genes bacterianos complementan funcionalmente el genoma nuclear humano, y la interacción entre especies de microorganismos es tan estrecha que algunas especies, literalmente, no pueden vivir unas sin otras. Los recientes descubrimientos en esta dirección permitieron hablar de la relación mutuamente beneficiosa entre el hombre y la microbiota, y la totalidad de sus genes se denomina microbioma o tercer genoma humano. Para ilustrar, daré un ejemplo específico.

Fisiología de la microbiota

Con los alimentos vegetales, consumimos polímeros de fructosa (fructanos), que no tenemos nuestras propias enzimas para descomponer en azúcares simples. Los fructanos no tratados no se absorben y su acumulación en los intestinos causa trastornos graves, y en la cavidad bucal son utilizados por las bacterias cariosas para adherirse al esmalte de los dientes. Nos ayudan las bifidobacterias y los lactobacilos, que tienen genes enzimáticos para dividir los fructanos en lactato y acetato. Estos metabolitos crean condiciones más ácidas que reducen la proliferación de bacterias oportunistas sensibles a los ácidos y que causan diarrea. Además, el lactato y el acetato utilizan otros tipos de microflora amigable como fuente de energía, que producen butirato, la principal fuente de energía para las células epiteliales intestinales y un inhibidor de la penetración de patógenos intracelulares en ellas, y este compuesto también reduce el riesgo de desarrollar colitis ulcerosa y cáncer de colon. Entonces, solo unos pocos tipos de bacterias sintetizan una sustancia curativa a partir de componentes alimentarios peligrosos para el cuerpo y, protegiendo su nicho de los competidores, como una ventaja para una persona, ¡suprimen el crecimiento de patógenos en sus intestinos! Ahora imagine cómo decenas y cientos de especies de microorganismos se combinan en cadenas metabólicas más largas y ramificadas que producen aminoácidos esenciales, vitaminas y otros metabolitos, modulando así la digestión, la inmunidad e incluso nuestro comportamiento, incluida la comida.

Microbiota y obesidad

El efecto significativo de la microbiota sobre la obesidad se demostró por primera vez en completamente desprovisto de microorganismos y se crió en condiciones estériles. Normalmente, los ratones estériles suelen tener un 42% menos de tejido adiposo que los ratones comparables con microflora. Al mismo tiempo, los ratones estériles más delgados consumen un 29% más de alimento que sus homólogos más completos con microflora. Los investigadores transfirieron la microflora de ratones normales a ratones estériles y observaron un aumento del 57% en el tejido adiposo en dos semanas, a pesar de una disminución del 27% en la ingesta de alimentos.

Los autores concluyeron que la microflora ayuda a extraer más energía de menos alimentos. Al mismo tiempo, la eficiencia energética de la digestión con microflora aumenta tanto que el exceso de calorías resultante se almacena en el tejido adiposo.

Los resultados obtenidos en este estudio se deben a la baja variedad de glicosidasas sintetizadas independientemente por el cuerpo de los mamíferos, enzimas para escindir enlaces en moléculas complejas de carbohidratos como la fibra vegetal. A modo de comparación, si en nuestro genoma solo hay 20 genes para la síntesis de glicosidasas, entonces la especie bacterioide sola sintetiza 261 tipos de glicosidasas y el microbioma completo contiene 250.000 genes para la síntesis de estas enzimas. Por lo tanto, en ausencia de microbiota, la fibra rica en energía sale del cuerpo con las heces, sin satisfacer las necesidades calóricas, por lo que los ratones estériles comen más y pesan menos que sus contrapartes con microflora normal. Los resultados de estos estudios dan lugar sin querer a la idea de un método para tratar la obesidad mediante la destrucción total de la microbiota con antibióticos. Sin embargo, la coevolución del ser humano y la microbiota ha llegado tan lejos que la implementación de esta idea es imposible y, desde un punto de vista clínico, es muy peligrosa.

Primero, a diferencia de los ratones, no podemos permitirnos vivir en condiciones estériles. El medio ambiente contiene muchos microorganismos patógenos que estarán felices de ocupar nichos libres de microflora natural. Por ejemplo, una mujer cuyo caso clínico se presenta al principio del artículo contrajo una infección por Clostridia justo después de haber sido tratada por vaginosis bacteriana con altas dosis de antibióticos. En segundo lugar, ya mencioné que sin microbiota, no podemos descomponer los fructanos por nuestra cuenta, cuya acumulación está plagada de trastornos digestivos graves. Y finalmente, en tercer lugar, el uso de antibióticos en la práctica muestra el efecto contrario: la obesidad se agrava y una microbiota más diversa y rica en composición protege contra la obesidad.

Antibióticos y obesidad

Desde mediados del siglo pasado, los antibióticos se han utilizado ampliamente en la agricultura para acelerar el aumento de peso del ganado. Para ello, los preparados se añaden al pienso de forma continua, por lo que el 70% de los antibióticos producidos se destina a la cría de animales.

El efecto positivo de los antibióticos sobre el peso corporal se ha atribuido durante mucho tiempo a la prevención de infecciones, porque un animal sano aumenta de peso más rápido. Pero posteriormente se comprobó que esta dependencia está mediada por cambios en la composición de la microbiota. Se consideró poco probable un efecto similar de los antibióticos sobre el peso corporal humano, ya que la terapia con antibióticos se usa durante un tiempo breve y esporádicamente. Mientras tanto, hace 10 años en estudios se encontró que incluso un solo curso de antibióticos conduce a una disminución en la diversidad de la microbiota humana en 4 años. Un metaanálisis de 2017 de estudios en casi 500,000 personas encontró que el uso de antibióticos en la infancia aumentó significativamente el riesgo de obesidad más adelante en la vida, y la dosis de antibiótico se correlacionó positivamente con la obesidad. Por lo tanto, la disminución esperada en el peso corporal como resultado de la supresión de la microbiota no ocurre, pero en el futuro, por el contrario, se observa el desarrollo de obesidad. Es de suponer que los antibióticos, que destruyen selectivamente a los representantes de la microflora normal sensible a ellos, forman una especie de "microbiota de la obesidad".

El concepto de cadena metabólica continua y la "microbiota de la obesidad"

Una microbiota completa es una cadena metabólica continua de reacciones que descompone la fibra rica en energía en compuestos de bajo contenido energético. En este caso, cada metabolito intermedio que aún contiene energía es asimilado por la siguiente bacteria en la cadena metabólica, capaz de sintetizar enzimas para su descomposición, absorbiendo su porción de energía. Los metabolitos finales del funcionamiento de la cadena metabólica continua son los ácidos grasos de cadena corta, que son principalmente catabolizados por las células intestinales y no se subliman en el tejido adiposo, y algunos de ellos incluso inhiben la lipogénesis y suprimen el apetito. Por lo tanto, una microbiota en toda regla utiliza casi por completo la energía de la fibra y protege al huésped de la obesidad, incluso si abusa de los carbohidratos rápidos.

A diferencia de la microflora normal, la "microbiota de la obesidad" es monótona debido a la falta de especies, géneros o familias enteras de bacterias, por lo que no es capaz de formar una cadena metabólica continua. Dado que muchos representantes de la microbiota descomponen diferentes tipos de fibra, la ausencia de algunos de ellos no bloquea el comienzo de la cadena metabólica y la fibra dietética se descompone de manera segura en metabolitos intermedios. A su vez, la ausencia de especies bacterianas que degraden específicamente los metabolitos intermedios conduce a la acumulación de estos últimos en la luz intestinal. A diferencia de la fibra, los metabolitos intermedios pueden ser absorbidos por el cuerpo, incluso aumentando las reservas de tejido adiposo. Así, la "microbiota de la obesidad" contiene una especie de brechas a través de las cuales la energía "fluye" hacia el cuerpo humano.

La supuesta "microbiota de la obesidad" ha sido apoyada por experimentos sobre el trasplante de heces de personas de diferentes físicos a ratones estériles. Para excluir otros factores, la microbiota para trasplante se reclutó de 8 gemelos, cuyas parejas diferían en presencia y ausencia de obesidad, y los ratones, que recibieron microbiota de personas con diferentes físicos, vivían separados. La microbiota derivada de gemelos obesos tenía una composición de especies escasa en comparación con la microbiota más diversa de gemelos de cuerpo normal.

Como resultado del experimento, los ratones que recibieron la "microbiota de la obesidad" mostraron una ganancia significativa de grasa corporal ya en el octavo día después del trasplante. Al mismo tiempo, la masa de grasa en ratones que recibieron microbiota de gemelos con peso corporal normal permaneció sin cambios significativos a lo largo del experimento.

Además, los autores de este estudio decidieron probar el contagio de la obesidad. Para ello, los ratones obtenidos como resultado del trasplante de diferentes microbiotas se colocaron en una jaula común a los 5 días. El control del peso corporal y la composición corporal en el décimo día de convivencia mostró que los ratones que recibieron la "microbiota de la obesidad" ganaron menos grasa que los ratones similares en la primera parte del experimento (que vivían aislados), y prácticamente no diferían de los que cohabitaban. ratones que recibieron microbiota de gemelos con un físico normal. El análisis del microbioma mostró un aumento en la diversidad de la microbiota en ratones que inicialmente recibieron una "microbiota de obesidad" uniforme. Es importante destacar que los ratones delgados que inicialmente recibieron una microbiota diversa no contrajeron obesidad de sus cohabitantes.

El análisis de metabolitos en el intestino mostró que después de la convivencia en ratones que inicialmente recibieron la "microbiota de la obesidad", hubo una disminución de los disacáridos y un aumento de los ácidos grasos de cadena corta. Así, se encontró que una microbiota diversa protege contra el desarrollo de la obesidad, y el trasplante o transferencia natural de dicha microbiota a ratones obesos conduce a una normalización del peso corporal.

Conclusión

Cabe señalar que los ratones son coprófagos, lo que facilita enormemente el intercambio natural de microbiota entre convivientes. Sin embargo, los resultados de los estudios sobre la microbiota y la epidemiología de la obesidad en humanos también pueden explicarse por el intercambio de microflora a través de interacciones sociales. Anteriormente, hablé sobre cómo ir al jardín de infancia aumenta la diversidad de la microbiota, pero el intercambio de microflora también puede ocurrir a través de otras conexiones sociales y potencialmente afectar el riesgo de obesidad. Por ejemplo, un análisis de los registros médicos de 1.519 familias de militares estadounidenses permitió establecer que el índice de masa corporal de los familiares luego de ser asignados a un nuevo lugar de destino dentro de los 24 meses cambiaba de acuerdo con los indicadores de la población de la zona. Los autores de este y otros 45 estudios similares sugieren que las diferencias en nuestro físico con el del entorno inmediato pueden incrementar el malestar psicológico, y esto, a su vez, afecta la conducta alimentaria y la actividad física. Sin embargo, los intentos de probar esta relación causal hasta ahora no han tenido éxito. Mientras tanto, el intercambio de microbiota a través del medio ambiente y los contactos directos pueden explicar este fenómeno.

En este contexto, mi experiencia de vida también puede ser interesante. ¡Yo mismo todavía estoy seco y el dicho "no para la alimentación de un caballo" es sobre mí! Y desde que conocí a mi esposa, ella empezó a adelgazar año tras año. Es cierto que nunca tuvo obesidad, pero desde el comienzo de nuestra relación perdió peso de forma notable. Incluso cuando era estudiante, bromeaba diciendo que la había infectado con mis gusanos, pero tan pronto como conseguí un trabajo en el laboratorio, revisé todo y no encontré nada por el estilo. Entonces, por primera vez, sugerí que el asunto podría estar en las peculiaridades de mi microbiota, que mi esposa fue adoptando gradualmente. Desafortunadamente, es imposible estudiar estas características en nuestro laboratorio, así que envié una muestra de mi "mundo interior" a Atlas para su análisis. Escribiré sobre los resultados del análisis en el próximo artículo, en el que hablaré en detalle sobre los métodos de corrección de la microbiota para reducir el peso corporal (upd: una historia sobre los resultados).