Deconstruyendo la microbiología mordisco a mordisco
¡Día mundial del microbioma!
Los microbiomas no son solo microbiomas humanos, un microbioma se refiere a microorganismos en un entorno definido junto con el entorno mismo (ISAPP).
Aprende acerca de qué es un microbioma de la mano de la Sociedad de Microbiología.
Gran espectáculo del Día Mundial del Microbioma: ¡Los mejores comunicadores científicos revelan su momento microbiano! con Microbigals (EN)
MicroBocados dio una charla sobre microbiomas en la plataforma de red Biocord, chequea su plataforma aquí para conectarse con entusiastas de la biología de todo el mundo.
Nuestra charla se encontrará en la biblioteca de conferencias.
¡Hemos recibido muchas preguntas de ustedes! Muchas gracias por su interés en el Día Mundial del Microbioma.
Algunas preguntas seleccionadas con respuestas se pueden encontrar a continuación.
¿Habrá una cura para el virus del herpes simple?
Los tipos 1 y 2 del virus del herpes simple (VHS) están muy extendidos. Son patógenos humanos importantes que causan úlceras orales y genitales y, una vez infectado, este virus permanecerá latente dentro de su cuerpo. Cuando se reactiva desde el estado latente, puede volver a causar lesiones y superficies mucosas. Hasta ahora, la terapia antiviral se ha centrado en reducir la gravedad de las infecciones agudas y disminuir la frecuencia de reactivación.
Sin embargo, investigaciones recientes han demostrado que el uso de técnicas de edición de genes puede apuntar directamente al genoma del virus inactivo (CRISPR / Cas9, meganucleasas o enzimas similares), interrumpiendo su función y, por lo tanto, eliminando la posibilidad de reactivación viral y patogénesis. Hasta ahora, estas técnicas se han desarrollado para modelos de ratones, ¡pero ciertamente son prometedoras!
¿Cuáles son los genes que contribuyen a la resistencia a los antibióticos y, en particular, a la resistencia a la vancomicina en Staphylococcus aureus?
Hay muchas formas en que las bacterias pueden resistir a los antibióticos, dependiendo de cómo estos actúen. Algunos antibióticos inhiben la síntesis de la pared celular (penicilina), otros alteran la integridad de la membrana de la pared celular (lipopéptidos), inhiben la síntesis de proteínas al unirse a los ribosomas (cloranfenicol, tetraciclinas), inhiben la síntesis de ácidos nucleicos (quinolonas) o inhiben las vías metabólicas (sulfonamidas).
Los mecanismos para la resistencia, por tanto, los genes asociados a ellos, son bastante amplios y se pueden dividir en cuatro categorías:
- Bombeo de los fármacos (bombas de eflujo en la membrana bacteriana que bombean activamente las toxinas)
- Limitación de la absorción del fármaco (pared celular gruesa, pared celular hidrófoba / hidrófila, disminución de los canales de porina, formación de biopelículas)
- Modificar el objetivo del fármaco (alterar los sitios de unión del fármaco para que ya no pueda unirse)
- Inactivar el fármaco directamente (degradar el fármaco directamente, transferir un grupo químico al fármaco)
Entonces, cualquier gen involucrado en estos procesos puede contribuir a una mayor resistencia a los antibióticos.
Las bacterias grampositivas resistentes a los medicamentos, como Staphylococcus aureus, a menudo se tratan con antibióticos glicopeptídicos. El glicopéptido prototípico, vancomicina, es un producto natural producido por Actinobacteria Amycolatopsis orientalis, y fue descubierto en la década de 1950. Se une a un intermedio en el proceso de maduración de la capa de peptidoglicano, obstruyendo un proceso importante para crear una pared celular resistente. Posteriormente, esta unión conduce a una envoltura celular comprometida, lo que resulta en estrés osmótico y ruptura de la célula. El trabajo de muchos grupos de investigación ha llevado a la revelación de un mecanismo de resistencia único, que involucra muchas enzimas que alteran la estructura básica de la envoltura celular. En resumen, estas enzimas cambian la estructura de unión de la vancomicina en el peptidoglicano, lo que da como resultado una disminución de 1000 veces en la unión. Hay 5 genes de resistencia central involucrados en esto: vanHAX (3 genes), vanR y vanS. Estos genes en combinación con otras proteínas Van son la principal causa de la resistencia a la vancomicina en Staphylococcus aureus y otras bacterias grampositivas peligrosas que causan infecciones graves.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6604941/ https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31899563/
¿Pueden los prebióticos alimentar a las bacterias malas en nuestro intestino? Y si no, ¿por qué?
La definición de prebióticos de la asociación de la sociedad internacional para probióticos y prebióticos es: “un sustrato que es utilizado selectivamente por los microorganismos hospedadores que confieren un beneficio para la salud” (1). Por lo tanto, los prebióticos, por definición, no deberían favorecer las bacterias malas en nuestro intestino. Pero técnicamente sí, las bacterias malas también pueden usar prebióticos como alimento (2), sin embargo, los prebióticos tienden a hacer florecer a los buenos (como Bifidobaterium spp. O Bacteroides spp.) limitando el crecimiento de patógenos debido a su producción de ácido.
¿Tomar un probiótico realmente ayuda a su microbiota intestinal? ¿O es solo una farsa?
El efecto de los probióticos tiene evidencia clínica muy limitada a día de hoy. Para calificar como probiótico, solo se requiere un ensayo clínico (1), lo que limita la evidencia, y cuando se realizan varios ensayos a veces los resultados son contradictorios. Sin embargo, la asociación de la sociedad internacional de probióticos y prebióticos reconoce el uso de probióticos para estas afecciones (2):
- Ayudan a reducir la incidencia y duración de la diarrea asociada a antibióticos
- Ayudan a controlar las molestias digestivas (incluso en el síndrome del intestino irritable)
- Ayudan a reducir los síntomas de los cólicos en los bebés amamantados y la aparición de problemas atópicos como el eccema en los bebés.
- Ayudan a reducir la enterocolitis necrotizante en bebés prematuros (3)
- Ayudan a reducir los síntomas de la mala digestión de la lactosa
- Tratan la diarrea infecciosa pediátrica aguda7. Disminuyen el riesgo o la duración de infecciones del tracto respiratorio superior (como el resfriado común) o infecciones intestinales
¿Hay beneficios de complementar los postbióticos?
Postbióticos es una combinación de “biótico”, definido como “relacionado con o resultante de organismos vivos”, y “post”, un prefijo que significa “después”. Juntos, estos términos sugieren “después de la vida”; es decir, organismos no vivos. Una definición propuesta es “preparación de microorganismos inanimados y/o sus componentes, que confieren un beneficio para la salud del hospedador”.
Los postbióticos son todavía muy nuevos, hasta la fecha se han realizado muy pocos ensayos clínicos. Sin embargo, los estudios indican beneficios para la salud de los siguientes tipos de afecciones:
- erradicación de la infección por Helicobacter pylori
- reducción de los síntomas en pacientes con síndrome del intestino irritable (SII)
- reducción de los síntomas en pacientes con diarrea crónica inexplicable
- abrogación de los efectos negativos del estrés
¡Se están realizando muchos más ensayos clínicos!
Salminen, S., Collado, M.C., Endo, A. et al. The International Scientific Association of Probiotics and Prebiotics (ISAPP) consensus statement on the definition and scope of postbiotics. Nat Rev Gastroenterol Hepatol (2021). https://doi.org/10.1038/s41575-021-00440-6
¿Cuál es la diferencia en las bacterias intestinales que se encuentran en las personas diagnosticadas con TDAH en comparación con las personas que no lo tienen? ¿Cuáles son las últimas modificaciones encontradas para mejorar las bacterias intestinales para el TDAH?
Varios estudios han explorado el eje cerebro-intestino, los sistemas de comunicación bidireccional entre el cerebro y el tracto gastrointestinal, para explorar el papel del microbioma gastrointestinal humano en una variedad de enfermedades neurológicas. El trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) no es una excepción.
La definición del DSM-V de TDAH (2) es bastante amplia ya que la enfermedad en sí tiene presentaciones variables dentro de los diagnosticados. Además, ningún factor, genético o ambiental, es directamente responsable del desarrollo del trastorno. A esto se suma la hipótesis actual de que las influencias ambientales desde antes del nacimiento hasta la primera infancia contribuyen al TDAH. Posteriormente, los estudios tienden a examinar a los diagnosticados con TDAH según sus grupos de edad (1). Sin embargo, las diferencias en las técnicas, las cohortes y la responsabilidad a la hora de medicar para el TDAH, han hecho que sea difícil tener una comparación clara entre las personas diagnosticadas con TDAH y sin TDAH.
A continuación, se muestra el resumen de diferentes bacterias que han aparecido en la literatura que distinguen entre cohortes diagnosticadas sin TDAH y con TDAH.
- Dialister spp. – Lattimer et. al. encontraron un aumento de los niveles de Dialister spp en niños pequeños a los que se les diagnosticó TDAH (3). Esto aparentemente contribuye al aumento de metabolitos proinflamatorios a lo largo del eje intestino-cerebro, además de la inflamación del cerebro, esto también contribuye a la disminución del placer.
- Faecalibacterium: comúnmente se observa Faecalibacterium cuando se comparan los perfiles del microbioma entre cohortes con la enfermedad y las cohortes sanas. Su ausencia suele significar un desastre. En 51 niños con TDAH recién diagnosticados, el grupo de Jiang et al. observó una disminución significativa en Faecalibacterium, un género de bacterias importante en propiedades antiinflamatorias (4).
- Bacteroides: en adolescentes, se encontró un aumento significativo de Bacteroides en dos estudios diferentes, aunque no estuvieron de acuerdo con otros parámetros de diversidad y composición (Prehn-Kristensen et al. Y Wang et al.)
- Bifidobacterium: el género juega un papel importante en la protección de la integridad del tracto gastrointestinal. En el contexto del eje cerebro-intestino, se sabe que codifica una enzima utilizada en las vías que sintetizan un precursor de la dopamina, posiblemente influyendo en el cerebro a través del eje intestino-cerebro. Sin embargo, los estudios sobre su papel no son consistentes en diferentes grupos etarios. En adultos jóvenes Aarts et al. observaron niveles significativamente mayores de Bifidobacterium en participantes con TDAH. Por el contrario, en los bebés entre las edades de 3 a 6 meses que luego desarrollaron TDAH en la infancia, hubo una disminución significativa de Bifidobacterium.
En última instancia, la comunidad de investigadores está convencida de que el microbioma intestinal juega un papel importante en el desarrollo del TDAH. Por tanto, se está indagando una exploración de alternativas terapéuticas a la medicación.
Los investigadores sugieren que compensar el déficit de importantes metabolitos derivados de microbios para mejorar los síntomas del TDAH. Por ejemplo, los ácidos grasos poliinsaturados omega-3 (AGPI omega-3) juegan un papel importante en las vías antiinflamatorias, protegen la integridad de las redes neuronales, y tienen una influencia bidireccional positiva en el eje del microbioma intestino-cerebro (8). De lo contrario, se desconocen los tratamientos del microbioma para mitigar los efectos del TDAH.
References:
- Bull-Larsen S, Mohajeri MH. The potential influence of the bacterial microbiome on the development and progression of ADHD. Nutrients. 2019 Nov;11(11):2805.
- American Psychiatric Association . Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders. 5th ed. American Psychiatric Publishing; Arlington, VA, USA: 2013
- Martínez I, Lattimer JM, Hubach KL, Case JA, Yang J, Weber CG, Louk JA, Rose DJ, Kyureghian G, Peterson DA, Haub MD. Gut microbiome composition is linked to whole grain-induced immunological improvements. The ISME journal. 2013 Feb;7(2):269-80.
- Jiang HY, Zhou YY, Zhou GL, Li YC, Yuan J, Li XH, Ruan B. Gut microbiota profiles in treatment-naïve children with attention deficit hyperactivity disorder. Behavioural brain research. 2018 Jul 16;347:408-13.
- Prehn-Kristensen A, Zimmermann A, Tittmann L, Lieb W, Schreiber S, Baving L, Fischer A. Reduced microbiome alpha diversity in young patients with ADHD. PLoS One. 2018 Jul 12;13(7):e0200728.
- Wang LJ, Yang CY, Chou WJ, Lee MJ, Chou MC, Kuo HC, Yeh YM, Lee SY, Huang LH, Li SC. Gut microbiota and dietary patterns in children with attention-deficit/hyperactivity disorder. European child & adolescent psychiatry. 2020 Mar;29(3):287-97.
- Buske-Kirschbaum A, Schmitt J, Plessow F, Romanos M, Weidinger S, Roessner V. Psychoendocrine and psychoneuroimmunological mechanisms in the comorbidity of atopic eczema and attention deficit/hyperactivity disorder.
- Checa-Ros A, Jeréz-Calero A, Molina-Carballo A, Campoy C, Muñoz-Hoyos A. Current Evidence on the Role of the Gut Microbiome in ADHD Pathophysiology and Therapeutic Implications. Nutrients. 2021 Jan;13(1):249.
- Dervola KS, Roberg BA, Wøien G, Bogen IL, Sandvik TH, Sagvolden T, Drevon CA, Johansen EB, Walaas SI Behav Brain Funct. 2012 Dec 10; 8():56.
¿Qué sabemos sobre la composición microbiana de diferentes capas de tejido en el intestino y la función de su composición?
En la superficie de todas las capas de tejido expuestas al ambiente exterior hay una capa de capas de mucina que es producida por células caliciformes a lo largo del epitelio. Estas capas mucosas difieren en su composición exacta, pero su objetivo principal es proteger los tejidos de los patógenos invasores. Las bacterias comensales o “cooperativas” son esenciales para mantener la integridad de la mucosa. Evitan que otras bacterias más siniestras se introduzcan en las capas de mucina y, a su vez, pueden utilizar la capa más externa como fuente de nutrientes. Posteriormente, los subproductos, como los ácidos grasos de cadena corta de las bacterias comensales que utilizan mucinas para obtener energía, también benefician al huésped.
El grado de grosor de la capa de mucosa proporcional a la concentración de bacterias. Dentro del tracto gastrointestinal superior, que anteriormente se pensaba que era estéril, tiene una capa más delgada de mucinas que son resistentes a la acidez fluctuante (MUC5AC). Sin embargo, a medida que se avanza a lo largo del tracto gastrointestinal, el grosor y la composición de la mucina (MUC2) cambian.
Dentro del colon hay dos capas de mucinas, la capa interna y la externa. La capa interna de mucina es principalmente estéril gracias a su red de peptidoglicano. Si algún patógeno invasor rompiera esta capa, podría tener una respuesta inflamatoria drástica que podría comenzar un ciclo desafortunado de inflamación. Afortunadamente, una capa exterior muy gruesa de mucina y las hordas de bacterias comensales dificultan el paso de los patógenos invasores. La siguiente figura muestra las capas de mucina externa e interna del colon.
References:
Hansson GC. Mucins and the microbiome. Annual review of biochemistry. 2020 Jun 20;89:769-93.
¿Cómo se relaciona el microbioma con el asma?
El asma o la obstrucción del flujo de aire debido a un mal funcionamiento inmunológico, no solo es susceptible a factores desencadenantes genéticos y ambientales, sino que también está influenciado por el microbioma respiratorio y gastrointestinal (GI). Esto es fascinante ya que cada sistema tiene su propio sistema inmunológico mucoso localizado (MALT) y sus propias comunidades bacterianas. Aunque la naturaleza exacta de la relación no está clara, los investigadores sugieren que las células que recubren el revestimiento de los tractos respiratorio y gastrointestinal reaccionan de manera similar cuando una u otra está dañada (1, 2).
El eje pulmón-intestino, establecido por primera vez en 2015, demuestra que los cambios sutiles en el tracto gastrointestinal se correlacionan con cambios severos en el estado de la enfermedad respiratoria (3). En el caso del asma, los ácidos grasos de cadena corta y otros metabolitos derivados de microbios parecen ser los principales impulsores del desarrollo de los síntomas (3). Esto está respaldado por alteraciones en un microbioma gastrointestinal en desarrollo que podría tener graves consecuencias en la salud respiratoria a largo plazo de un individuo. Además, la exposición infantil y perinatal a antibióticos, factores que influyen en el microbioma infantil, y otras alteraciones significativas del desarrollo de un sistema inmunológico saludable, pueden tener consecuencias a largo plazo (4).
References:
- Perrone EE, Jung E, Breed E, Dominguez JA, Liang Z, Clark AT, Dunne WM, Burd EM, Coopersmith CM. Mechanisms of methicillin-resistant Staphylococcus aureus pneumonia-induced intestinal epithelial apoptosis. Shock (Augusta, Ga.). 2012 Jul;38(1):68.
- Coopersmith CM, Stromberg PE, Davis CG, Dunne WM, Amiot DM, Karl IE, Hotchkiss RS, Buchman TG. Sepsis from Pseudomonas aeruginosa pneumonia decreases intestinal proliferation and induces gut epithelial cell cycle arrest. Critical care medicine. 2003 Jun 1;31(6):1630-7.
- Barcik W, Boutin RC, Sokolowska M, Finlay BB. The role of lung and gut microbiota in the pathology of asthma. Immunity. 2020 Feb 18;52(2):241-55.
- Taylor SL, Simpson JL, Rogers GB. The influence of early-life microbial exposures on long-term respiratory health. Paediatric Respiratory Reviews. 2021 May 26.
¿Cuáles son las bacterias más favorables para tener en tu microbioma oral y cómo se cultiva un microbioma oral saludable?
La boca no es un entorno homogéneo para la microbiota residente, pero ofrece varios hábitats distintos para la colonización microbiana, como los dientes, el surco gingival, las encías adheridas, la lengua, las mejillas, los labios y el paladar duro y blando. Estos hábitats orales forman un sistema ecológico muy heterogéneo y apoyan el crecimiento de comunidades microbianas significativamente diferentes. Los dientes son las únicas superficies naturales que no se desprenden del cuerpo humano y brindan oportunidades únicas para la formación extensa de biopelículas y un refugio seguro para la persistencia microbiana. Los primeros colonizadores del diente son principalmente especies de estreptococos asociados a la salud, como S. sanguinis y S. gordonii, así como otros taxones estrechamente relacionados. La colonización posterior de los dientes con especies patógenas, en combinación con un suministro constante de carbohidratos (azúcares), puede provocar caries dentales. Hay algunos factores derivados del hospedador y de los microbios que pueden contribuir a un microbioma oral saludable.
- Reducción de la placa dental eliminándola (cepillando los dientes).
- Fluoruro: Previene y trata la caries al promover la remineralización del esmalte dental. También puede afectar el metabolismo bacteriano.
- Reducción de la cantidad y frecuencia de consumo de sacarosa y bebidas ácidas (incluso las sin azúcar).
- Agentes que reducen la producción de ácido o promueven la generación de álcalis dentro de la placa dental (por ejemplo, arginina).
- Aumento del flujo salival. La saliva tiene la capacidad de ayudar a amortiguar los ácidos, proporcionando péptidos y anticuerpos antimicrobianos. Los chicles que contienen polioles, como el xilitol, proporcionan un estímulo salival sin carbohidratos fermentables.
- Probióticos: Agregar especies no patógenas para competir con las especies patógenas. Streptococcus dentisani y Streptococcus A12 son dos especies descritas recientemente que se muestran particularmente prometedoras como probióticos potenciales.
- Péptidos antimicrobianos (específicamente dirigidos): método dirigido para eliminar especies patógenas específicas como S. mutans, dejando ilesos a los estreptococos comensales.
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2018.03323/full https://www.nature.com/articles/sj.bdj.2016.865
Traducido por: Santiago Chaillou
micro-bites.org 