Estudio: Las interacciones de los microbios en el sistema gastrointestinal tienen grandes efectos en la salud

Revisado por James Ives, médico psiquiatra (editor) 5 dic 2018

Las interacciones que tienen lugar entre las especies de microbios que viven en el sistema gastrointestinal suelen tener efectos importantes e imprevistos sobre la salud, según un nuevo trabajo de un equipo dirigido por Will Ludington, de Carnegie. Sus conclusiones se publican esta semana en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

El microbioma intestinal es un ecosistema de cientos o miles de especies microbianas que viven en el cuerpo humano. La enorme diversidad del intestino humano plantea un reto a la hora de catalogar y comprender el efecto de estas comunidades en nuestra salud.

Un nuevo método permitiría comprender mejor las complejas interacciones entre los microbios del intestino humano

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Los biólogos están especialmente interesados en determinar si el microbioma en su conjunto es mayor que la suma de sus partes. En otras palabras, ¿hasta qué punto las especies individuales influyen en nuestra salud y fisiología, y hasta qué punto estos impactos están determinados por las interacciones entre las especies presentes en nuestros microbiomas?

Ludington y su equipo, formado por los biólogos moleculares Alison Gould, Vivian Zhang y Benjamin Obadia, de la Universidad de California en Berkeley; los físicos Eric Jones y Jean Carlson, de la Universidad de California en Santa Bárbara; y los matemáticos Lisa Lamberti, Nikolaos Korasidis y Niko Beerenwinkel, de la ETH de Zúrich, y Alex Gavryushkin, de la Universidad de Otago, utilizaron el microbioma naturalmente simple de las moscas de la fruta para revelar de forma exhaustiva el ecosistema intestinal. El equipo descubrió que las interacciones entre las especies del microbioma intestinal influyen en la salud de las moscas e incluso en su longevidad.

"La forma clásica de pensar en las especies bacterianas es en un contexto en blanco y negro como agentes de enfermedad: o se tiene o no se tiene", dijo Ludington, "Nuestro trabajo demuestra que no es el caso del microbioma. Los efectos de una especie concreta dependen del contexto en el que también estén presentes otras especies."

Los estudios sobre la mosca de la fruta han demostrado desde hace tiempo que las poblaciones de bacterias intestinales pueden afectar al desarrollo, la fertilidad y la longevidad de sus huéspedes. En 1927, Helen Steinfeld, de la Universidad de Berkeley, descubrió que simplemente eliminando las bacterias intestinales de las moscas de la fruta de su laboratorio podía alargar su vida en un 14%.

El equipo de Ludington repitió el experimento y descubrió un aumento similar del 23% de la esperanza de vida cuando eliminaron los microbiomas particulares de sus moscas. Pero no tenían claro en qué medida esta influencia se debía a las especies individuales presentes y en qué medida a su ecología microbiana general.

Ludington y su equipo se basaron en el trabajo de Steinfeld para diseccionar el microbioma intestinal de la mosca de la fruta y comprender mejor cómo estos microorganismos moldean la vida de sus insectos huéspedes.

Desarrollaron un sistema para cartografiar todas las interacciones posibles entre las cinco especies de bacterias que se encuentran en el intestino de la mosca, con el fin de ver cómo afectaban al desarrollo, la producción de crías y la esperanza de vida del insecto, que se combinan para determinar su aptitud. El análisis de las interacciones exigió desarrollar nuevos planteamientos matemáticos, basados en la geometría de un cubo de cinco dimensiones, en el que cada especie es una nueva dimensión.

El equipo descubrió que las interacciones que tienen lugar entre las poblaciones microbianas son tan importantes para la fisiología de la mosca como las especies individuales presentes. En cuanto al cambio del 23% en la esperanza de vida, las especies individuales sólo pueden explicar una cuarta parte del efecto, mientras que las interacciones explican el resto. Estas interacciones tienen una gran influencia en algunos, pero no en todos, los factores que determinan la probabilidad de que una mosca transmita su material genético a una nueva generación.

"Al examinar el total de lo que llamamos la aptitud de una mosca -sus posibilidades de sobrevivir y crear descendencia-, descubrimos que había una disyuntiva entre tener una vida corta con mucha descendencia y tener una vida larga con poca descendencia", explicó Ludington, "y esta disyuntiva estaba mediada por las interacciones del microbioma. Esto significa que si queremos entender cómo influye el microbioma en nuestra salud, tenemos que desarrollar una comprensión predictiva de cómo las combinaciones de bacterias afectan al huésped, no sólo las especies individuales."

Además, las herramientas de medición y análisis desarrolladas para este proyecto de investigación demuestran que la mosca de la fruta es un buen modelo para comprender interacciones más complejas del microbioma en humanos y otros animales, lo que será importante para futuros trabajos.