El microbioma intestinal como un órgano adicional en el cuerpo humano
El cuerpo humano alberga una gran colección de microorganismos, predominantemente bacterias, pero también virus, protozoos, hongos y arqueas. Colectivamente, se les conoce como microbioma. La microbiota intestinal, la flora intestinal o el microbioma son los microorganismos que viven en el tracto digestivo de los seres humanos y otros animales. Aunque algunas bacterias están asociadas a enfermedades, otras son especialmente importantes para muchos aspectos de la salud. De hecho, hay más células bacterianas en el cuerpo humano que células humanas: aproximadamente 40 billones de células bacterianas frente a solo 30 billones de células humanas. Estos microbios pueden pesar casi lo mismo que el cerebro. Juntos, funcionan como un órgano adicional en el cuerpo humano y desempeñan un papel fundamental en la salud humana. El genoma colectivo del microbioma intestinal supera en más de 100 veces la cantidad de ADN humano en el cuerpo. Teniendo en cuenta este enorme potencial genético de la microbiota, se prevé que desempeña un papel en prácticamente todos los procesos fisiológicos del cuerpo humano. Las bacterias intestinales se han relacionado con varias enfermedades mentales, y se ha descubierto que los pacientes con diversos trastornos psiquiátricos, como la depresión, el trastorno bipolar, la esquizofrenia y el autismo, presentan alteraciones significativas en la composición de sus microorganismos intestinales.
El interés por el microbioma intestinal en relación con la salud humana, y específicamente con la salud mental, ha aumentado exponencialmente en los años posteriores al 2000, como lo demuestra una búsqueda en la CAS Content CollectionTM. Actualmente, existen más de 7000 publicaciones sobre el microbioma intestinal en relación con la salud mental (Figura 1).
Los bebés adquieren su primera dosis de microbios al nacer. Desarrollo del microbioma intestinal humano
Generalmente se cree que el útero es un entorno estéril y que la colonización bacteriana comienza durante el nacimiento. El microbioma de un recién nacido varía según el modo de parto: el microbioma de los bebés nacidos por parto vaginal es similar al microbioma vaginal materno, y el de los bebés nacidos por cesárea se asemeja al microbioma de la piel materna. Otros factores diversos afectan al microbioma neonatal en desarrollo, como el nacimiento prematuro y el modo de alimentación. El principal determinante de la composición del microbioma intestinal a lo largo de la edad adulta parece ser la dieta. Los cambios rápidos en la composición del microbioma ocurren en respuesta a cambios en la ingesta dietética. Se observan patrones característicos en dietas basadas en plantas frente a dietas basadas en productos animales. El desarrollo y la alteración del microbioma intestinal también se ven afectados por otros múltiples factores. La exposición al estrés ocupa el segundo lugar como factor más importante (después de la dieta) que afecta a la composición del microbioma intestinal, según una búsqueda en la CAS Content Collection. Otros factores incluyen: el modo de parto y el método de alimentación del lactante, las condiciones ambientales, los medicamentos, la etapa y el modo del ciclo de vida, las enfermedades comórbidas y los procedimientos médicos (Figura 2). Una interrupción de la homeostasis de la microbiota causada por un desequilibrio en su composición funcional y actividades metabólicas, o un cambio en su distribución local, se denomina disbiosis, lo que indica un desequilibrio o una mala adaptación microbiana.
Considerando el papel significativo que ahora se reconoce de la dieta en la composición del microbioma intestinal, y el impacto vital del microbioma intestinal en la salud, la pregunta del millón sigue siendo: ¿qué dieta es beneficiosa y, por tanto, recomendable para mantener felices a nuestras bacterias intestinales? Aunque no existe una respuesta definitiva e inequívoca que señale ciertos alimentos como un remedio específico para enfermedades, se han establecido algunas pautas principales. Una dieta rica en fibra afecta específicamente a la microbiota intestinal. La fibra dietética solo puede ser digerida y fermentada por enzimas de la microbiota que vive en el colon. Como resultado de la fermentación, se liberan ácidos grasos de cadena corta, lo que reduce el pH del colon. El entorno altamente ácido determina el tipo de microbiota que sobrevivirá. El pH más bajo limita el crecimiento de ciertas bacterias dañinas como Clostridium difficile. Los alimentos ricos en fibra, como la inulina, los almidones, las gomas, las pectinas y los fructooligosacáridos, se conocen como prebióticos porque alimentan a nuestra microbiota beneficiosa. En general, se encuentran grandes cantidades de estas fibras prebióticas en frutas, verduras, legumbres y cereales integrales como el trigo, la avena y la cebada. Otra clase de alimentos altamente beneficiosos contiene probióticos, bacterias vivas que son buenas para el sistema digestivo y pueden mejorar aún más nuestro microbioma intestinal. Estos incluyen alimentos fermentados como el kéfir, el yogur con cultivos vivos activos, las verduras encurtidas, el té de kombucha, el kimchi, el miso y el chucrut.
Participantes de la microbiota intestinal
La microbiota intestinal humana se divide en muchos grupos llamados filos. La microbiota intestinal comprende principalmente cuatro filos principales, incluidos Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria y Proteobacteria, siendo Firmicutes y Bacteroidetes los que representan el 90% de la microbiota intestinal. La mayoría de las bacterias residen dentro del tracto gastrointestinal, y la mayor parte de las bacterias predominantemente anaerobias se alojan en el intestino grueso (Figura 3).
El eje intestino-cerebro: el microbioma intestinal como el "segundo cerebro"
Actualmente está bien establecido que el intestino y el cerebro están en constante comunicación bidireccional, de la cual la microbiota y su producción metabólica son un componente importante. Michael Gershon llamó al sistema digestivo "el segundo cerebro" en su libro de 1999, en un momento en que los científicos comenzaban a darse cuenta de que el intestino y el cerebro en los seres humanos mantenían un diálogo constante y que los microbios intestinales modulan significativamente la función cerebral.
Hoy en día es una creencia común que la microbiota intestinal se comunica con el sistema nervioso central a través de vías neuronales, endocrinas e inmunitarias, y de este modo controla la función cerebral. Los estudios han demostrado un papel sustancial de la microbiota intestinal en la regulación de la ansiedad, el estado de ánimo, la cognición y el dolor. Por lo tanto, el concepto emergente de un eje microbiota-intestino-cerebro sugiere que la modulación de la microbiota intestinal puede ser una estrategia eficaz para desarrollar nuevas terapias para los trastornos del sistema nervioso central.
Microbiota intestinal y COVID-19
Recientemente, se ha informado de una correlación entre la composición de la microbiota intestinal y los niveles de citocinas y marcadores inflamatorios en pacientes con COVID-19. Se sugiere que el microbioma intestinal influye en la gravedad de la COVID-19 al modular la respuesta inmunitaria del huésped. Además, la disbiosis de la microbiota intestinal podría contribuir a la persistencia de los síntomas incluso tras la resolución de la enfermedad, lo que subraya la necesidad de comprender cómo los microorganismos intestinales intervienen en la inflamación y en la COVID-19.
Metabolitos neuroactivos de la microbiota intestinal
Las anomalías en el eje microbiota intestinal-cerebro han surgido como un factor clave en la fisiopatología de las enfermedades neurológicas; por ello, se dedica una cantidad creciente de investigación a comprender el potencial neuroactivo de los productos del metabolismo microbiano intestinal. Así, han aparecido los principales metabolitos neuroactivos de origen intestinal.
Neurotransmisores
El microbioma intestinal produce neurotransmisores que regulan la actividad cerebral. La mayoría de los neurotransmisores del sistema nervioso central también están presentes en el tracto gastrointestinal, donde ejercen efectos locales como la modulación de la motilidad intestinal, la secreción y la señalización celular. Los miembros de la microbiota intestinal pueden sintetizar neurotransmisores; por ejemplo, los lactobacilos y las bifidobacterias producen GABA; Escherichia coli produce serotonina y dopamina; los lactobacilos producen acetilcolina. (Figura 4) Envían señales al cerebro a través del nervio vago.
Ácidos grasos de cadena corta
Los ácidos grasos de cadena corta son pequeños compuestos orgánicos producidos en el ciego y el colon mediante la fermentación anaeróbica de los hidratos de carbono de la dieta, que alimentan a otras bacterias y se absorben fácilmente en el intestino grueso. Los ácidos grasos de cadena corta intervienen en las funciones digestiva, inmunitaria y del sistema nervioso central, aunque existen diferentes puntos de vista sobre su impacto en el comportamiento. Los tres ácidos grasos de cadena corta más abundantes producidos por el microbioma intestinal son el acetato, el butirato y el propionato (Figura 5). Se ha demostrado que su administración alivia los síntomas de la depresión en ratones. Las bacterias anaerobias grampositivas que fermentan las fibras dietéticas para producir ácidos grasos de cadena corta son Faecalibacterium y Coprococcus. Las faecalibacterias son microbios intestinales abundantes, con importantes funciones inmunológicas y relevancia clínica para diversas enfermedades, incluida la depresión.
Metabolitos del triptófano
El triptófano es un aminoácido esencial que participa en la síntesis de proteínas. Su degradación metabólica por enzimas bacterianas (triptofanasa) da lugar a moléculas neuroactivas con propiedades moduladoras del estado de ánimo establecidas, como la serotonina, la quinurenina y el indol (Figura 6). Se ha descubierto que la ingesta dietética de triptófano puede modular las concentraciones de serotonina en el sistema nervioso central en humanos, y que la carencia de triptófano agrava la depresión.
Ácido láctico
El ácido láctico (Figura 6) es un ácido orgánico que se desarrolla principalmente a partir de la fermentación de fibras dietéticas por bacterias del ácido láctico (p. ej., L. lactis, L. gasseri y L. reuteri), bifidobacterias y proteobacterias. Los lactatos pueden ser convertidos por varias especies bacterianas en ácidos grasos de cadena corta, contribuyendo a la reserva total de estos. El ácido láctico se absorbe en el torrente sanguíneo y puede atravesar la barrera hematoencefálica. El ácido láctico tiene un papel reconocido en la señalización del sistema nervioso central en el cerebro. Debido a su capacidad para metabolizarse en glutamato, las neuronas lo utilizan como sustrato energético. También contribuye a la plasticidad sináptica y desencadena el desarrollo de la memoria.
Vitaminas
La mayoría de las bacterias intestinales, como Lactobacillus y Bifidobacterium, sintetizan vitaminas (especialmente del grupo B y vitamina K) como parte de su metabolismo en el intestino grueso. Los seres humanos dependen de la microbiota intestinal para la producción de vitaminas. Las vitaminas son micronutrientes clave con funciones omnipresentes en multitud de procesos fisiológicos del cuerpo humano, incluido el cerebro. Los transportadores activos las llevan a través de la barrera hematoencefálica. En el sistema nervioso central, su papel abarca desde la homeostasis energética hasta la producción de neurotransmisores. Las deficiencias vitamínicas pueden tener un efecto negativo significativo en la función neurológica. El ácido fólico (vitamina B9) es una vitamina de origen microbiano que ha sido ampliamente implicada en la patología de la depresión.
Un tratamiento de investigación innovador y reciente, el trasplante de microbiota fecal, se ha probado en ensayos clínicos y ha demostrado ser extremadamente prometedor desde el punto de vista terapéutico. En los últimos cinco años, cada año se han incluido cerca de 1000 documentos relacionados con los trasplantes fecales en la CAS Content Collection. Por ejemplo, se ha informado de que el trasplante de microbiota fecal es capaz de resolver el 80-90% de las infecciones causadas por Clostridioides difficile recurrente que no responde a los antibióticos. Es necesario explorar con prontitud las implicaciones únicas para los ensayos clínicos que utilizan trasplantes de microbiota fecal, que se investigan cada vez más como posibles tratamientos para diversas enfermedades.
En la actualidad, la investigación sobre la modulación del eje intestino-cerebro a través de la microbiota gastrointestinal es una ciencia innovadora y de vanguardia. Gran parte de los datos disponibles se basan en la ciencia básica o en modelos animales que podrían no ser adaptables a intervenciones humanas eficaces. Por lo tanto, las prescripciones individualizadas de compuestos prebióticos y cepas probióticas específicas, que representarían el ideal de personalización para la nutrición y la medicina del estilo de vida, siguen siendo una esperanza. Los esfuerzos continuos para caracterizar mejor las funciones del microbioma y los mecanismos que subyacen a las interacciones huésped-microbio proporcionarán una mejor comprensión del papel del microbioma en la salud y la enfermedad.
Para obtener más información sobre cómo las tendencias emergentes y los nuevos enfoques están ayudando a los millones de personas que sufren depresión, ansiedad y TEPT, consulte nuestro blog sobre los psicodélicos y su progreso como enfoque terapéutico.
