Investigadores de la Weill Cornell Medicina en Estados Unidos han realizado un estudio preclínico que muestra que los microbios en el intestino de los mamíferos pueden cambiar significativamente el metabolismo de los aminoácidos y la glucosa de sus huéspedes, actuando casi como un hígado adicional.
Este estudio, publicado en 'Cell Host & Microbe', se suman a la creciente lista de formas en que el microbioma influye en la fisiología y podría conducir a nuevas estrategias para tratar afecciones como la enfermedad inflamatoria intestinal y la diabetes.
En los últimos años, los científicos han descubierto que los miles de millones de microbios que viven en el cuerpo humano influyen profundamente en nuestra fisiología. El autor principal, el doctor Chun-Jun Guo, profesor asistente de microbiología e inmunología en medicina y miembro del Instituto Jill Roberts para la Investigación de la Enfermedad Inflamatoria Intestinal de Weill Cornell Medicine, quería analizar en mayor profundidad cómo funcionan los microbios esenciales en el intestino afectan nuestro acceso a los nutrientes extraídos de los alimentos que hemos ingerido.
"Ellos 'comen' antes que nosotros, tomando los primeros nutrientes de los alimentos que consumimos y dejándonos con lo que queda después de satisfacer sus propias necesidades nutricionales", afirma Guo, quien también es miembro del Centro Friedman para Nutrición e inflamación en Weill Cornell Medicine.
Para comprender mejor este proceso, el primer autor, el docto Ting-Ting Li, asociado postdoctoral en el laboratorio de Guo, y sus colaboradores, evaluaron la eficiencia con la que diferentes bacterias que habitan naturalmente nuestros intestinos, llamadas comensales del intestino humano, agotan los aminoácidos, los componentes básicos de proteínas. Debido a las funciones metabólicas mal caracterizadas de muchas bacterias intestinales, el equipo experimentó con varios entornos para encontrar las condiciones óptimas para su estudio.
Después de examinar más de 100 microbios intestinales humanos diferentes, los investigadores identificaron varios que son altamente eficientes para metabolizar diversos aminoácidos de la dieta. Cuando estos microbios colonizaron el tracto gastrointestinal de ratones libres de gérmenes (ratones que inicialmente no tenían microbios), los niveles de esos aminoácidos disminuyeron en el intestino y el torrente sanguíneo del huésped.
Luego, el equipo identificó los genes metabólicos bacterianos específicos que agotan los aminoácidos. Era una lista larga. "Descubrimos que en una sola bacteria hay más de 20 genes diferentes que codifican una función enzimática similar", ha señalado el doctor Guo. "Y como hemos mejorado nuestras técnicas de eliminación del gen CRISPR-Cas9 para las bacterias intestinales, pudimos realizar una gran prueba de eliminación de genes e identificar los genes metabólicos en las bacterias responsables del agotamiento de los aminoácidos", ha añadido.
Los científicos llevaron sus hallazgos de células cultivadas a animales y les dieron a ratones libres de gérmenes cepas de bacterias genéticamente modificadas, una a la vez. "Ahora podemos manipular con precisión genes individuales para reducir los aminoácidos en el intestino", ha afirmado Guo. "Esto nos permite evaluar la función individual de estos genes y ver cómo afectan realmente a la homeostasis de los aminoácidos del huésped", ha manifestado.
Ese trabajo produjo un resultado sorprendente; al consumir una clase específica de aminoácidos, los microbios intestinales pueden alterar la homeostasis de la glucosa en sangre de sus huéspedes. Un análisis más detallado reveló que al cambiar la disponibilidad de aminoácidos, los microbios parecen afectar la producción del neurotransmisor serotonina, que a su vez cambia la regulación de la glucosa.
"Muchas de estas funciones metabólicas pueden ser realizadas por el hígado, pero ahora hemos descubierto que existen enzimas funcionalmente comparables codificadas por la microbiota intestinal que pueden hacer cosas iguales o similares. Es como si hubiera un segundo hígado funcionando en el intestino", ha añadido.
El equipo ahora está diseñando nuevas estrategias para modular las enzimas bacterianas con mayor precisión y observando cómo varias combinaciones de bacterias afectan el metabolismo de los aminoácidos del huésped.
Sorprendentemente, algunos de los mismos genes que destaca el estudio actual también están desregulados en los microbiomas intestinales de pacientes con enfermedades digestivas y metabólicas. Según Guo, los medicamentos dirigidos a genes microbianos específicos, o cepas de bacterias diseñadas, podrían proporcionar nuevas formas de tratar tales afecciones.
"Estos genes metabólicos podrían ser biomarcadores potenciales para enfermedades como la diabetes tipo 2 o la enfermedad inflamatoria intestinal, y también son objetivos potenciales de tratamiento. Nuestra investigación demuestra la posibilidad de manipular con precisión la microbiota intestinal para regular el metabolismo del huésped y mejorar sus funciones metabólicas", concluye.
