Microbioenergética.®

 

Muchos movimientos biológicos ó innovaciónes metabólicas en los organismos requiere la participación de un microbio. Cada persona constituye un <supraorganismo> compuesto no solo por células humanas (unos diez millones de células somáticas), sino también por una multitud de células microbianas (diez veces más que aquellas) que ocupan la piel, las superficies mucosas y las cavidades corporales comunicadas con el exterior. Las células somáticas contienen el genotipo de individuo, formado por al menos 30,000 genes (que constituyen el genoma humano), mientras que el conjunto de genes que aporta la colectividad bacteriana al individuo se estima en unos 600,000. 

Este fenómeno no solo se presenta en los humanos, sino es algo común a todas las especies, desde mamíferos, reptiles, insectos, etc. Las innovaciones metabólicas o soluciones de sobrevivencia  y adaptación se realizaron gracias a las simbiosis con los microbios (bacterias, hongos, protozoarios, virus). 

Los microbios por su flexibilidad genética se presentan como investigadores de soluciones y participarán activamente en los procesos evolutivos, permitieron que la vida evolucione. No son enemigos, sino adversarios ontológicos, necesarios para el crecimiento. 

La siguiente lista  presenta ejemplos de simbiosis como innovaciones metabólicas (Tabla 1):

Tabla 1

Tabla 1

Ejemplos de asociaciones endosimbióticas en los insectos (Tabla 2):

Tabla 2

Tabla 2

Ejemplos de endosimbiosis (video)

 

El microbioma intestinal.

Hace un tiempo se consideraba a los humanos como islas fisiológicas con capacidad de regular su funcionamiento interno. Se creía que nuestro cuerpo sintetizaba todas las enzimas necesarias para descomponer los alimentos y utilizaba los nutrientes para alimentar y reparar nuestros tejidos y órganos. Que las señales procedentes de nuestros tejidos dictaban estados corporales como el hambre y la saciedad. Y que las células especializadas el sistema inmunitario aprendían por sí solas a reconocer y atacar a nuestros los microorganismos patógenos al tiempo que respetaban nuestros tejidos.


Sin embargo, en el ultimo decenio se ha demostrado que el cuerpo humano no es tan autosuficiente. Más bien se asemeja a un complejo ecosistema o red social que contiene billones de bacterias y otros microorganismos que habitan la piel, las zonas genitales, la boca, y sobre todo el tubo digestivo. De hecho la mayoría de las células no son humanas. Las células bacterianas que albergamos en nuestro interior superan a las humanas en una proporción de diez a uno. Por otra parte, la comunidad mixta de microorganismos y de genes que estas contienen, denominada microbioma, no nos amenaza, sino que nos ofrece una ayuda vital en los procesos biológicos básicos y complejos: la digestión, el crecimiento y la inmunidad


El término “microflora” o “microbiota” intestinal hace referencia al ecosistema microbiano que coloniza el tracto gastrointestinal. Los instrumentos de biología molecular desarrollados recientemente sugieren que todavía se ha de describir una parte sustancial de las comunidades bacterianas del intestino humano. No obstante, están bien documentados la relevancia y el impacto de las bacterias residentes en la fisiología y la patología del huésped. Las principales funciones de la microflora intestinal incluyen actividades metabólicas que se traducen en recuperación de energía y nutrientes, y protección del huésped frente a invasión por microorganismos extraños. Las bacterias intestinales desempeñan un papel esencial en el desarrollo y la homeostasis del sistema inmunitario. Los folículos linfoides de la mucosa intestinal son áreas principales para la inducción y la regulación del sistema inmune. 

El tracto gastrointestinal constituye la principal superficie de intercambio y comunicación entre el medio externo y el medio interno. En el individuo adulto la mucosa gastrointestinal alcanza una superficie de 300 a 400 metros cuadrados (considerando la superficie total, con las vellosidades desplegadas), y está dotada de estructuras y funciones (sensores, receptores, glándulas, secreciones, actividad mecánica, etc.) específicamente adaptadas al reconocimiento analítico y bioquímico de las sustancias que transitan por el tubo digestivo. Como resultado de la actividad del tracto gastrointestinal, el individuo obtiene dos importantes beneficios: nutrición, por la digestión y absorción de nutrientes; y también defensa, por reconocimiento de elementos foráneos y desarrollo de sistemas de prevención y rechazo de posibles agresiones desde el mundo exterior.

Figura 1. Microbios presentes en el tubo digestivo

Figura 1. Microbios presentes en el tubo digestivo

En años recientes se han adquirido suficientes conocimientos para poder afirmar con rotundidad que ambas funciones dependen no sólo de las estructuras propias del tubo digestivo (barrera mucosa, glándulas secretoras, sistema inmune de las mucosas) sino también de la presencia y actividad de las comunidades microbianas que colonizan el intestino. La microflora intestinal es un órgano más, perfectamente integrado en la fisiología del individuo. Los dos elementos funcionales (tubo digestivo y microflora) son interdependientes y su equilibrio condiciona la homeostasis del individuo dentro de su entorno ambiental.

El intestino humano es el hábitat natural de una población numerosa, diversa y dinámica de microorganismos, principalmente bacterias, que se han adaptado a la vida en las superficies mucosas o en la luz del intestino. El término “microflora” o “microbiota” hace referencia a la comunidad de microorganismos vivos reunidos en un nicho ecológico determinado. El ecosistema microbiano del intestino incluye especies nativas que colonizan permanentemente el tracto gastrointestinal y una serie variable de microorganismos vivos que transitan temporalmente por el tubo digestivo. Las bacterias nativas se adquieren al nacer y durante el primer año de vida, mientras que las bacterias en tránsito se ingieren continuamente a través alimentos, bebidas, etc.

La población microbiana del intestino humano incluye unos 100 billones de bacterias de unas 500 a 1.000 especies distintas. El estómago y el duodeno albergan un reducido número de microorganismos que se adhieren a la superficie mucosa o en tránsito, típicamente menos de 103 células bacterianas por g de contenido. Las secreciones ácidas, biliares y pancreáticas destruyen la mayor parte de microorganismos ingeridos, y la actividad motora propulsiva impide una colonización estable de la luz. El número de bacterias a lo largo del yeyuno y el íleon aumenta progresivamente, desde alrededor de 104 en el yeyuno hasta 107 unidades formadoras de colonias por g de contenido en el extremo ileal, con un predominio de aerobios Gram negativos y algunos anaerobios obligados.

En comparación, el intestino grueso está densamente poblado de anaerobios y los recuentos de bacterias alcanzan densidades de alrededor de 1011 unidades formadoras de colonias por g de contenido luminal (concentraciones 10.000 veces mayores que en la luz ileal). En el colon el tiempo de tránsito es lento lo que brinda a los microorganismos la oportunidad de proliferar fermentando los sustratos disponibles derivados de la dieta o de las secreciones endógenas.

Figura 2. Porcentaje de bacterias presentes en algunas regiones del ser humano

Figura 2. Porcentaje de bacterias presentes en algunas regiones del ser humano

Metagenoma: Genes humanos y genes microbianos

Más de la mitad de los microorganismos que viven en simbiosis con el ser humano no son cultivables, por lo que no hemos podido identificarlos hasta el advenimiento de las técnicas de biología molecular, que detectan y analizan los genes bacterianos. A lo largo de las últimas dos décadas se han introducido diversas técnicas de ese tipo. Algunas de ellas se sirven de la diversidad de secuencias de un gen bacteriano, el 16S de ARN ribosómico. Se trata de un gen altamente conservado (todas las bacterias poseen ribosomas) y su secuenciación ha permitido llevar a cabo estudios filogenéticos y taxonómicos y determinar la genealogía de géneros y especies.

En muestras de la mucosa y de la cavidad intestinal se reconocen secuencias del 16S ARNr pertenecientes a ocho clases o divisiones del dominio biológico Bacteria, aunque el 90 por ciento de las secuencias pertenecen a tres clases principales: Firmicutes, Bacteroidetes o Actinobacteria. Cabe recordar que el dominio Bacteria está constituido por 55 clases, y que otros ecosistemas incluyen un número mayor de divisiones, como el suelo, donde habitan 20 clases de bacterias, o los reservorios naturales de agua. Sin embargo, las ocho clases bacterianas del intestino humano están representadas, cada una de ellas, por una inmensa variedad de géneros, especies y cepas. Como consecuencia, se observa una baja coincidencia de cepas entre personas distintas. Los estudios moleculares a nivel de especie o de cepa sugieren que cada humano muestra una composición bacteriana «personalizada», con unos pocos rasgos comunes entre distintos individuos. Un análisis exhaustivo de muestras de tres personas identificó 13.335 cepas distintas, de las que 7555 (el 57 por ciento) se halla- ban presentes solo en una de las tres.

El estudio del gen 16S ARNr permite la identificación taxonómica de bacterias,a nivel de clase, género, especie y cepa, de modo que se puede definir la composición de un ecosistema en cuanto a su diversidad, es decir según el catálogo censal de las bacterias presentes. Sin embargo, la lista taxonómica de la composición bacteriana puede aportar una escasa información desde un punto de vista funcional, ya que las bacterias comparten un gran número de genes y funciones aunque pertenezcan a distintos géneros o especies.

El estudio europeo Metagenomics of the Human Intestinal Tract (MetaHIT), se planteó como objetivo secuenciar todos los genes microbianos del intestino humano y determinar su actividad biológica con el fin de conocer los parámetros que indican un funcionamiento intestinal normal o patológico (colitis ulcerosa, enfermedad de Crohn, obesidad).

Los avances en las técnicas de secuenciación, junto con la disponibilidad de instrumentos bio informáticos que permiten identificar y clasificar funcionalmente las secuencias, están proporcionando datos muy novedosos e interesantes. Los principales resultados se han publicado en Nature en 2010 y 2011. MetaHIT ha definido el catálogo completo o casi completo de los genes microbianos que componen el metagenoma humano. El proyecto ha identificado en muestras de heces humanas más de tres millones de genes microbianos. En un porcentaje superior al 95 por ciento son de origen bacteriano; el resto corresponde a especies de virus o eucariotas (protozoos, levaduras).

En cada muestra individual se reconocen en promedio unos 600.000 genes microbianos. La mitad de ellos corresponden a genes presentes en la mayoría de los individuos. El estudio bioinformático del metagenoma ha identificado más de 20.000 funciones biológicas asociadas al catálogo completo (de más de tres millones de genes), 6000 de las cuales coinciden en todos los individuos.

Función inmunológica

La célula epitelial juega un papel muy importante en la logística del sistema inmune. Su posición en primera línea y en contacto con la luz intestinal es crucial para el reconocimiento inicial de moléculas foráneas y para la generación de señales que se transmiten a las células inmunocompetentes del tejido subyacente. La activación de los mecanismos de defensa depende en primer lugar del reconocimiento rápido de riesgo a través de receptores innatos o preformados que detectan componentes estructurales comunes a bacterias o virus, pero ausentes en la célula eucariota. Esto se realiza en el medio extracelular mediante los Toll-like-receptors (TLR) de la membrana, y en el medio intracelular mediante las proteínas tipo NOD del citosol. La activación de estos sensores por invasión bacteriana genera inmediatamente señales que convergen en la migración de factores de transcripción (NF-kappaB y otros) al núcleo celular, donde activan la expresión de genes responsables de la síntesis de proteínas proinflamatorias, básicamente citoquinas y enzimas inducibles con capacidad para generar mediadores inflamatorios. De este modo, las células epiteliales emiten señales con capacidad de atraer y activar leucocitos, aumentar el flujo sanguíneo, incrementar la permeabiidad capilar, etc. Los enterocitos pueden actuar como células presentadoras de antígenos, sugiriendo que su rol no se limita a la defensa innata sino que también participan en el escalón inicial de las respuestas de tipo adquirido (expansión de clones linfocitarios específicos y generación de anticuerpos).

El sistema inmune de las mucosas cuenta con tres compartimentos diferenciables anatómicamente: estructuras organizadas (placas de Peyer y folículos linfoides), lámina propia y epitelio superficial. Las estructuras organizadas son lugares de inducción, mientras que la lamina propia y el compartimiento epitelial contienen células maduras y efectoras. Las estructuras organizadas están cubiertas por epitelio especializado (células M, de morfología característica), que transporta micro-organismos o estructuras antigénicas desde la luz hasta el tejido linfoide subyacente. La inducción de respuestas inmunes de tipo adquirido es un fenómeno que tiene lugar principalmente en las estructuras foliculares de la mucosa intestinal. Los antígenos procesados se presentan a linfocitos T en estado “naïve”, y se activa la expansión de los clones más afines al antígeno. La expansión clonal de células T da lugar a linfocitos “helper” (células Th) de distinto fenotipo: Th1, Th2 o T reguladoras (Th3, Tr1 o células CD4- CD25). Las células T reguladores juegan un papel central en inmunotolerancia porque segregan citoquinas reuladoras, de carácter antiinflamatorio (IL-10, TGF-beta), en respuesta a antígenos que se reconocen como “comensales” y no patógenos. En condiciones normales, la mucosa intestinal contiene pocas células T activadas de fenotipo Th1, y predominan las células T reguladoras. Este contexto de inmunotolerancia permite la exposición continua a una carga antigénica abrumadora (bacterias de la flora, comida), sin que por ello se desencadenen reacciones inflamatorias que lesionarían al tejido intestinal propio.

La interacción con el mundo microbiano en la luz intestinal parece ser un mecanismo primario en la conformación del estado de inmunotolerancia activa mediado por células T reguladoras. Algunas anomalías en el desarrollo del sistema inmune podrían deberse a defectos en la interacción de la microbiota con los compartimientos inmunocompetentes de la mucosa. De acuerdo con la hipótesis de la higiene, en las sociedades occidentalizadas la incidencia cada vez mayor de atopias (eczema, asma, rinitis, alergias), enfermedad inflamatoria intestinal y trastornos autoinmunes (esclerosis múltiple, diabetes tipo I) podría explicarse por una disminución de la carga microbiana en los primeros meses de vida.

Hay evidencias que sugieren que la exposición a microorganismos no patógenos, incluyendo helmintos, transmitidos por los alimentos y por vía orofecal ejerce un impacto homeostático.

Los microbios regulan y programan el sistema inmunológico: Los receptores de interacción se denominan TLR.
Figura 3. Barrera intestinal, receptores TLR, y células inmunes.

Figura 3. Barrera intestinal, receptores TLR, y células inmunes.

 

  • Puntos claves: 
La inmunidad se crea en el contacto con el exterior. Es una necesidad experimentar y conocer el ambiente.

figura 4. 

figura 4. 

Eje intestino-cerebro

El término “eje intestino-cerebro” se refiere a la comunicación bidireccional entre el intestino y el cerebro. Cuatro rutas de comunicación (nervio vago y neuronas espinales aferentes, mediadores inmunes (citoquinas), hormonas intestinales y moléculas de señalización derivadas de la microbiota intestinal) transmiten  las señales desde el intestino al cerebro, mientras que las neuronas del sistema nervioso autónomo y factores neuroendocrinos lo hacen del cerebro al intestino. Normalmente, la mayor parte de las señales que son transmitidas del sistema digestivo al cerebro no alcanzan el nivel de conciencia. Sin embargo, la información  visceral continuamente es procesada en regiones subcorticales del cerebro, como el sistema límbico, y en  centros neuroendocrinos y del sistema nervioso autónomo   en  hipotálamo y  tallo cerebral. En condiciones patológicas, las señales del intestino pueden alcanzar la corteza dando origen a la sensación de nausea, disconfort o dolor.

El intestino con más de 20 hormonas  formadas en células endocrinas especializadas  de la mucosa intestinal es uno de los mayores órganos endocrinos del cuerpo humano. Las hormonas intestinales están involucradas en la coordinación de la digestión, el hambre, la saciedad y la regulación de la homeostasis metabólica.

 

De las hormonas intestinales se destaca la familia de péptidos biológicamente activos formada por el neuropéptido Y (NPY), el péptido YY (PYY) y el polipéptido pancreático (PP), los cuales son expresados en  distintos niveles del eje intestino-cerebro. PYY y PP son expresados casi exclusivamente por células endocrinas en el nivel del sistema digestivo, mientras que el NPY se encuentra en todos los niveles del eje intestino-cerebro. 

La implicación funcional de estos péptidos de 36 aminoácidos en la comunicación entre el intestino y el cerebro es corroborada por la existencia de cinco tipos de receptores (Y1, Y2, Y4, Y5, Y6), a lo largo de las rutas de señalización intestino-cerebro. Los receptores Y, acoplados a proteína G, presentan afinidades características para los diferentes miembros de la familia de péptidos. Así, mientras el NPY y el PYY no difieren en su afinidad por los receptores Y1, Y2 y Y5, es particularmente notorio que el PP se une preferencialmente a los receptores Y4.

Figura 6. Eje intestino cerebro.

Figura 6. Eje intestino cerebro.

Articulo: Mind-altering microorganisms: the impact of the gut microbiota on brain and behaviour.

John F. Cryan and Timothy G. Dinan

La flora intestinal es fundamenta para una vida sana. EL tubo del recién nacido es estéril, este se empieza a colonizar en el momento del nacimiento. El primer mecanismo es a través de la leche materna. La leche no es un producto estéril, si no contiene un gran numero de especies bacterianas, a través del proceso de circulación entero-mamaria los microbios viajan del intestino materno hasta el seno materno. 

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Microbiota de la leche humana en condiciones fisiológicas. 

J.M. Rodríguez, E. Jiménez, V. Merino, A. Maldonado, M.L. Marín, L. Fernández, R. Martín

Departamento de Nutrición, Bromatología y Tecnología de los Alimentos. Universidad Complutense de Madrid. 



La flora intestinal es fundamental para una vida sana

Flora materna

Flora fecal

Flora vaginal

Flora urinaria

Inconsciente materno

Inmunidad materna

Flora del ambiente

Flora familiar

Flora general

 

Inconsciente colectivo

Maduración inmunológica

La imagen de nuestro inconsciente colectivo

La flora intestinal
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La teoria de los equivalentes propuesta por Olivier Soulier muestra que cada reacción fisiológica, somatización o conflicto tiene su equivalente en un microbio. 

La presencia de un microbio o adversario ontológico se presenta en una de las fases de la somatización, como parte de los programas biológicos instintivos.