El microbioma intestinal como un órgano más del cuerpo humano
El cuerpo humano alberga una gran población de microorganismos, formada principalmente por bacterias, pero también por virus, protozoos, hongos y arqueas. En conjunto, reciben el nombre de "microbioma". La microbiota intestinal —también llamada flora o microbioma intestinal— es el conjunto de microorganismos que viven en el tracto gastrointestinal de los seres humanos y otros animales. Si bien es cierto que algunas bacterias están asociadas a enfermedades, también lo es que otras son de especial importancia para muchos aspectos de la salud. De hecho, en el cuerpo humano hay más células bacterianas que células humanas: unos 40 billones de células bacterianas frente a tan solo 30 billones de células humanas. Combinados, estos microbios pueden pesar tanto como el cerebro. En conjunto, funcionan como un órgano más del cuerpo humano y desempeñan un papel fundamental en la salud. El genoma colectivo del microbioma intestinal es más de 100 veces superior a la cantidad de ADN humano presente en el cuerpo. Ante este enorme potencial genético, es lógico suponer que la microbiota interviene prácticamente en todos los procesos fisiológicos del cuerpo humano. Las bacterias intestinales se han relacionado con diversas enfermedades mentales, y se ha observado que los pacientes con determinados trastornos psiquiátricos —como depresión, trastorno bipolar, esquizofrenia y autismo— presentan alteraciones significativas en la composición de los microorganismos intestinales.
El interés por el microbioma intestinal en relación con la salud humana, y específicamente con la salud mental, experimenta un incremento exponencial a partir del año 2000, tal como revela una búsqueda en la CAS Content CollectionTM. Actualmente, hay más de 7000 publicaciones sobre el microbioma intestinal en relación con la salud mental (figura 1).
Los bebés adquieren la primera dosis de microbios al nacer. Desarrollo del microbioma intestinal humano
Existe la creencia generalizada de que el útero es un entorno estéril y la colonización bacteriana comienza durante el parto. El microbioma de un recién nacido varía en función de la modalidad del parto: el microbioma de los bebés nacidos por el canal vaginal es como el microbioma vaginal materno y el de los bebés nacidos por cesárea se asemeja al microbioma cutáneo de la madre. Existen otros factores que afectan al desarrollo del microbioma neonatal, como el nacimiento prematuro o la modalidad de alimentación. Parece que la dieta es el principal factor determinante de la composición del microbioma intestinal durante la edad adulta. La composición del microbioma cambia con rapidez en respuesta a los cambios en la dieta alimentaria. Además, se aprecian patrones característicos en las dietas basadas en productos vegetales frente a las basadas en productos animales. El desarrollo y la alteración del microbioma intestinal también se ven afectados por otros factores. Después de la dieta, la exposición al estrés es el factor que más afecta a la composición del microbioma intestinal, según revela una búsqueda realizada en la CAS Content Collection. Y otros factores son: modalidad de parto y de alimentación, condiciones ambientales, medicaciones, etapa y modo de vida, enfermedades concomitantes y procedimientos médicos (figura 2). La alteración de la homeostasis de la microbiota causada por un desequilibrio en la composición funcional y las actividades metabólicas o por un cambio en la distribución local se denomina "disbiosis" y apunta a un desequilibrio o una mala adaptación microbianos.
A la vista del importante papel que ya sabemos que la dieta desempeña en la composición del microbioma intestinal y del impacto crucial del microbioma en la salud, cabe preguntarse qué dieta es beneficiosa y, por tanto, recomendable para mantener las bacterias intestinales en condiciones idóneas. Aunque no existe una respuesta categórica e inequívoca que identifique determinados alimentos como remedio específico contra la enfermedad, sí se han esbozado algunas pautas generales. La dieta rica en fibra afecta específicamente a la microbiota intestinal. Las enzimas de la microbiota del colon son las únicas que pueden digerir y fermentar la fibra de la dieta. La fermentación causa la liberación de ácidos grasos de cadena corta, lo que reduce el pH del colon. Este entorno con un alto grado de acidez determina el tipo de microbiota que va a sobrevivir. El pH más bajo limita el crecimiento de determinadas bacterias perjudiciales, como Clostridium difficile. Los alimentos ricos en fibras como inulina, almidones, gomas, pectinas y fructooligosacáridos se conocen como "prebióticos" porque alimentan la microbiota beneficiosa. En general, las frutas, las verduras y hortalizas, las legumbres y los cereales integrales como el trigo, la avena y la cebada contienen grandes cantidades de estas fibras prebióticas. Otro tipo de alimentos muy beneficiosos son los que contienen los llamados "probióticos", bacterias vivas que son buenas para el sistema digestivo y que pueden enriquecer todavía más el microbioma intestinal. Esta categoría incluye alimentos fermentados como el kéfir, el yogur con cultivos vivos, las verduras encurtidas, el té kombucha, el kimchi, el miso y el chucrut.
Componentes de la microbiota intestinal
La microbiota intestinal humana se divide en numerosos grupos denominados "filos". Incluye cuatro filos principales: Firmicutes, Bacteriodetes, Actinobacteria y Proteobacteria (Firmicutes y Bacteroidetes representan el 90 % de la microbiota intestinal). La mayor parte de las bacterias residen en el tracto gastrointestinal, y la mayoría de las bacterias predominantemente anaerobias se alojan en el intestino grueso (figura 3).
Eje intestino-cerebro: el microbioma intestinal como "segundo cerebro"
Actualmente, se sabe con certeza que el intestino y el cerebro están en constante comunicación bidireccional, y que la microbiota y su producción metabólica constituyen un elemento fundamental de esta comunicación. Michael Gershon bautizó el sistema digestivo como "el segundo cerebro" en su libro de 1999, una época en la que los científicos empezaban a darse cuenta de que, en los humanos, el intestino y el cerebro mantenían un diálogo constante y de que los microbios del intestino modulaban en gran medida la función cerebral.
En la actualidad, existe la opinión generalizada de que la microbiota intestinal se comunica con el sistema nervioso central a través de vías neuronales, endocrinas e inmunitarias, y de que, de este modo, controla la función cerebral. Algunos estudios han demostrado que la microbiota intestinal desempeña un papel importante en la regulación de la ansiedad, el estado de ánimo, la cognición y el dolor. Así pues, el nuevo concepto de eje microbiota-intestino-cerebro sugiere que la modulación de la microbiota intestinal puede constituir una estrategia eficaz para el desarrollo de nuevas propuestas terapéuticas para los trastornos del sistema nervioso central.
Microbiota intestinal y COVID-19
Recientemente se ha descrito una correlación entre la composición de la microbiota intestinal y los niveles de citocinas y marcadores inflamatorios en pacientes con COVID-19. Se ha sugerido que el microbioma intestinal interviene en la magnitud de la gravedad de la COVID-19 a través de la modulación de las respuestas inmunitarias del anfitrión. Es más, es posible que la disbiosis de la microbiota intestinal contribuya a la persistencia de los síntomas incluso después de la resolución de la enfermedad, lo que pone de manifiesto la necesidad de entender la participación de los microorganismos intestinales en la inflamación y la COVID-19.
Metabolitos neuroactivos de la microbiota intestinal
Las anomalías en el eje microbiota intestinal-cerebro se han revelado como un factor clave en la fisiopatología de las enfermedades neuronales, por lo que cada vez son más las investigaciones dedicadas a determinar el potencial neuroactivo de los productos del metabolismo microbiano intestinal. Así, han aparecido algunos importantes metabolitos neuroactivos del microbioma intestinal que se describen a continuación.
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 tienen efectos locales como la modulación de la motilidad, la secreción y la señalización celular intestinales. Algunos componentes de la microbiota intestinal pueden sintetizar neurotransmisores; por ejemplo, los lactobacilos y las bifidobacterias producen ácido γ-aminobutírico (GABA), el microorganismo Escherichia coli produce serotonina y dopamina, y los lactilobacilos 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 por la fermentación anaerobia de los carbohidratos de la dieta que sustentan a otras bacterias y se absorben rápidamente en el intestino grueso. Los ácidos grasos de cadena corta intervienen en la función de los sistemas digestivo, inmunitario y nervioso central, aunque existen diferentes posturas sobre su impacto en la conducta. 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 constatado que, en ratones, su administración alivia los síntomas de depresión. Las bacterias anaerobias gram positivas que fermentan las fibras alimentarias para producir ácidos grasos de cadena corta son bacterias de los géneros Faecalibacterium y Coprococcus. Las bacterias del género Faecalibacterium, que abundan en el microbioma intestinal, desempeñan funciones inmunológicas importantes y son de relevancia clínica en diversas enfermedades, incluida la depresión.
Metabolitos del triptófano
El triptófano es un aminoácido esencial que interviene en la síntesis de proteínas. Su catabolismo por parte de enzimas bacterianas (triptofanasas) da lugar a moléculas neuroactivas con propiedades moduladoras del estado de ánimo, como serotonina, quinurenina e indol (figura 6). Se ha determinado que la aportación alimentaria de triptófano puede modular la concentración de serotonina en el sistema nervioso central de los seres humanos, así como que la deficiencia de triptófano agrava la depresión.
Ácido láctico
El ácido láctico (figura 6) es un ácido orgánico derivado principalmente de la fermentación de las fibras alimentarias por parte de bacterias lácticas (por ejemplo, L. lactis, L. gasseri y L. reuteri), bifidobacterias y proteobacterias. Varias especies bacterianas pueden convertir los lactatos en ácidos grasos de cadena corta, contribuyendo así a la reserva total de este tipo de ácidos grasos. El ácido láctico se absorbe en el torrente sanguíneo y puede atravesar la barrera hematoencefálica. Desempeña un papel bien caracterizado en la señalización del sistema nervioso central en el cerebro. Gracias a que puede metabolizarse en glutamato, las neuronas lo utilizan como sustrato de energía. También contribuye a la plasticidad sináptica y activa el desarrollo de la memoria.
Vitaminas
La mayoría de las bacterias intestinales —como los lactobacilos y las bifidobacterias— sintetizan vitaminas (concretamente vitaminas B y vitamina K) como parte de su metabolismo en el intestino grueso. Los humanos dependemos de la microbiota intestinal para la producción de vitaminas. Las vitaminas son micronutrientes fundamentales que desempeñan funciones muy variadas en multitud de procesos fisiológicos del cuerpo humano, incluido el cerebro. Varios transportadores activos se ocupan de que atraviesen la barrera hematoencefálica. En el sistema nervioso central, su función abarca desde la homeostasis del balance energético hasta la producción de neurotransmisores. Los déficits de vitaminas pueden tener un efecto negativo importante en la función neurológica. El ácido fólico (vitamina B9) es una vitamina de origen microbiano que se ha relacionado en gran medida con la patología de la depresión.
Perspectiva
El trasplante de microbiota fecal, un innovador tratamiento en fase de investigación probado en varios ensayos clínicos, parece ser enormemente prometedor desde la perspectiva terapéutica. Durante los últimos cinco años, aproximadamente 1000 documentos relacionados con trasplantes fecales se han incluido en la CAS Content Collection cada año. Por ejemplo, se ha publicado que el trasplante de microbiota fecal es capaz de resolver el 80 %-90 % de las infecciones causadas por Clostridioides difficile recurrentes que no responden a los antibióticos. Es necesario explorar cuanto antes las implicaciones únicas para los ensayos clínicos que utilizan trasplantes de microbiota fecal, investigados cada vez más como posibles tratamientos de diversas enfermedades.
En la actualidad, la investigación sobre la modulación del eje intestino-cerebro a través de la microbiota gastrointestinal es una nueva e innovadora ciencia de primera línea. Gran parte de los datos disponibles están basados en investigación científica fundamental o en modelos animales que quizás no puedan traducirse en intervenciones eficaces en humanos. Por tanto, la prescripción individualizada de compuestos prebióticos y cepas probióticas específicos —que representa el ideal de personalización de la nutrición y la medicina centrada en el estilo de vida— sigue siendo esperanzadora. Las iniciativas en curso para caracterizar en mayor medida las funciones del microbioma y los mecanismos subyacentes de las interacciones anfitrión-microbios facilitarán la comprensión del papel del microbioma en la salud y la enfermedad.
Para obtener información adicional sobre cómo están ayudando las tendencias emergentes y los nuevos enfoques a los millones de personas que sufren depresión, ansiedad y TEPT, consulte la entrada del blog sobre drogas psicodélicas y su avance como opciones terapéuticas.
