microbiota y microbioma. conceptos...
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MICROBIOTA Y MICROBIOMA. CONCEPTOS GENERALES
ALFONSO CLEMENTE
Sevilla, 26 de Junio 2019
SESION DE FORMACION EN MICROBIOTA Y PROBIOTICOS
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Microbiota
Probiotic
Prebiotic
Periodo: 2000-2018
En los últimos 15 años, el número de publicaciones sobre prebióticos y probióticos se ha multiplicado por 10. Microbiota de manera exponencial
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Año de publicación
SESION DE FORMACION EN MICROBIOTA Y PROBIOTICOS
El término microbiota se describe porprimera vez en el año 2000 para destacar laimportancia de los microorganismos queviven asociados a nuestro cuerpo en losestados de salud y enfermedad.
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MICROBIOTA AUTOCTONA: Conjunto de microorganismos que colonizan de manera estable la superficie epidérmica ycavidades del organismo abiertas al exterior (microbiota oral, vaginal y gastrointestinal).
Composición de la microbiota en diferentes zonas del cuerpo humano. Se observan diferenciassignificativa en la abundancia relativa de los principales filos (Nat. Rev. Microbiol. 2011; 9: 279-290).
La microbiota autóctona incluye virus, bacterias, arqueas y organismos eucarióticos.Está constituida por microorganismos de mas de 1.000 especies diferentes.
La relación que tenemos como hospedador con nuestra microbiota autóctona esdefinida como simbiosis mutualista en la que ambas partes resultan beneficiadas.
Su composición es característica en cada localización, aunque hay una importantevariación interindividual.
Las bacterias son las mas abundantes y pertenecen mayoritariamente a 4 grupos(filos): Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria y Proteobacteria. En la vagina sonmuy abundantes los Firmicutes mientras que en la piel son las Actinobacterias. En elcolon, en torno al 80-90% lo constituyen Firmicutes y Bacteroidetes.
Dominio Reino Filo Ejemplo
Archaea Archaea Euryarcheota Microorganismos metanogénicos
Bacteria Bacteria Proteobacteria E. coli (intestino), Helicobacter (estómago)
Firmicutes Lactobacillus (vagina, intestino), Staphylococcus, Streptococcus (piel), Faecalibacterium, Ruminococcus (intestino)
Actinobacteria Bifidobacterium (intestino)
Bacteroidetes Bacteroides, Prevotella (intestino)
Eukaryota Protista Protozoa Amebas (boca, intestino)
Giardia (intestino)
Fungi Ascomycota Candida (vagina, boca, intestino)
Basidiomycota Malassezia (piel)
Animalia Arthropoda Ácaros de la piel
Tabla 1. Microorganismos que forman parte de la microbiota autóctona humana
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LA COMPOSICION DE LA MICROBIOTA VARIA ATENDIENDO A SU LOCALIZACION Y ESTA ADAPTADA A LAS CONDICIONES
La densidad y composición de la microbiotade la piel no es uniforme, existiendodiferencias entre las zonas mas secas como losantebrazos, donde hay pocosmicroorganismos, las zonas húmedas como lospliegues, en las que son abundantes y laregiones sebáceas donde predominanmicroorganismos que degradan lípidos.
(Nat. Rev. Microbiol. 2018; 16: 143-155).
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LA COMPOSICION DE LA MICROBIOTA VARIA ATENDIENDO A SU LOCALIZACION Y ESTA ADAPTADA A LAS CONDICIONES
(Front Microbiol. 2016; 7: 979).
La densidad y composición de la microbiota deltracto gastrointestinal no es uniforme.
Estómago: Baja concentración debido a condicionesácidas. Lactobacilos.
Intestino delgado: Bilis y jugos pancreáticos. Mayorconcentración. Complejidad: Ileon> yeyuno.
Intestino grueso: Elevada concentración ycomplejidad (>500 especies). Abundancia deFirmicutes (Faecalibacterium, Roseburia, etc.) yBacteriodetes (Bacteroides y Prevotella). Menosabundantes Actinobacterias (Bifidobacterium).
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MICROBIOMA: Conjunto de los genomas de los microorganismos que forman parte de nuestra microbiota autóctona.
Figura. Aproximaciones -ómicas para el estudio de la estructura y función delmicrobioma (Front. Genet. 2015; 6: 219-).
En la actualidad, la comunidad científica estáinteresada en descifrar la relación existente enla estructura y funcionalidad de losmicrobiomas en estados de salud yenfermedad. Para ello, necesitamos lautilización de las denominadas técnicas –ómicas, utilizando técnicas shotgun desecuenciación masiva, y analizandotranscriptomas, proteomas, metabolomas,entre otros.
ALGUNOS NÚMEROS DE INTERES.........
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DIVERSIDAD MICROBIANA: Está definida por la cantidad de especies diferentes y su distribución en el ecosistema.
La diversidad microbiana en las distintas etapas de lavida. En ausencia de estados patológicos, cuando unniño nace su diversidad microbiana es baja (pocasespecies diferentes). Esta diversidad va aumentandodurante los primeros años de vida y se estabiliza en laedad adulta. Cuando comienza el periodo deenvejecimiento se produce una pérdida progresiva dediversidad.
La diversidad microbiana en la salud y la enfermedad. Labaja diversidad microbiana que encontramos en el estilode vida occidental parece estar asociada a mayores tasasde enfermedades crónicas (“disappearing microbiomehypothesis”). Generalmente, asociada a una dieta rica engrasa, azúcares refinados y baja en fibra.
Lectura recomendada: Rodriguez et al. (2015). The composition of the gut microbiota throughout life, with an emphasis on early life. Microbial ecology in health and disease 26: 26050.
www.elprobiotico.com
COLONIZACIÓN BACTERIANA GASTROINTESTINAL
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EUBIOSIS Y DISBIOSIS
Figura. Disbiosis bacteriana intestinal asociada aenfermedad (Nat. Rev. Microbiol. 2011; 9: 279-290)
La disbiosis es un desequilibrio microbiano de la microbiota “normal”, queconlleva alteraciones en su composición, en sus funciones y actividadesmetabólicas.
La disbiosis se genera por factores adversos que afectan a la microbiota y seasocian normalmente a estados de enfermedad, con desaparición transitoria odefinitiva de algunos de los efectos beneficiosos para la salud.
La eubiosis es el estado “normal” o “equilibrado” de la microbiota. En esteestado, la microbiota cumple todas sus funciones (metabólicas, inmunitarias,nutricionales, etc.) y esto nos permite beneficiarnos de sus efectos sobre la saludcomo hospedador.
En condiciones saludables, la eubiosis tiende a mantenerse estable (homeostasis)debido a la capacidad de adaptación de la microbiota a condiciones adversas.
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MODULACION DE MICROBIOTA: PROBIOTICOS Y PREBIOTICOS
FAO/WHO (2007), ISAPP (2008), WGO (2017)
Probiótico: Microorganismos vivos que, cuando se administran en cantidades adecuadas, confieren un beneficio a la saluddel hospedador. Estos beneficios son cepa-dependiente, para una indicación determinada, a una dosis determinada parauna población determinada y demostrados en estudios en humanos.
Prebiótico: Ingrediente funcional no digestible que es fermentado de manera selectiva dando lugar a cambios específicos,en composición y/o actividad de la microbiota, proporcionando salud y bienestar al hospedador.
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CARACTERÍSTICAS QUE PRESENTAN LOS PROBIÓTICOS
√ ser resistentes y estables a la acidez gástrica
√ ser resistentes a enzimas proteolíticas intestinales
√ no conjugarse con sales biliares
√ poseer capacidad de adherirse a las superficies intestinales
√ sobrevivir en el ecosistema intestinal
√ presentar un mecanismo de adhesión específico al intestino
√ tener capacidad de crecimiento rápido
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MODULACION DE MICROBIOTA: PROBIOTICOS Y PREBIOTICOS
FAO/WHO (2007), ISAPP (2008), WGO (2017)
Probiótico: Microorganismos vivos que, cuando se administran en cantidades adecuadas, confieren un beneficio a la saluddel hospedador.
Prebiótico: Ingrediente funcional no digestible que es fermentado de manera selectiva dando lugar a cambios específicos,en composición y/o actividad de la microbiota, proporcionando salud y bienestar al hospedador.
Características de los compuestos prebióticos
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i)Deben resistir y sobrevivir las condiciones acídicas y la acción de enzimas digestivas del tracto digestivo superior. No debenser absorbidos en el intestino delgado con objeto de ser disponibles a fermentación por parte de la microbiota del intestinogrueso.
ii)Deben ser fermentados de manera selectiva por un número de poblaciones bacterianas, vía competición o cooperativa, enel intestino grueso (efecto modulador).
i)Deben conferir beneficios en salud (locales y/o sistémicos) y bienestar al hospedador.
Oligosacáridos de leche materna (HMO)
• HMOs son componentes principales de laleche materna (lactosa: 55-70 g/L; HMO:10-15 g/L).
• Tienen una lactosa en el extremo reductor, apartir del cual se adiciona otro azúcar.
• HMO es una mezcla compleja de más de1000 compuestos ( ̴ solo 80 han sidoidentificados y caracterizados) mostrando unaelevada diversidad estructural (monómero,grado de polimerización, tipo de enlace).
Bode. Glycobiol, 2012, 22: 1147-1162
En la actualidad, hay compañíasbiotecnológicas focalizadas en el desarrollo,síntesis y comercialización de HMO. Sonnumerosos los estudios preclínicos yprogramas clínicos que investigan sus efectosbeneficiosos en salud. En la actualidad, lasfórmulas infantiles no contienen HMO.
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Beneficios en salud debido a la ingesta de HMO por lactantes
Bode. Glycobiol 2012, 22: 1147-1162; Bode. Early Hum Dev 2015, 91: 619-622
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Prebiótico Origen Composición química Principales efectos en salud digestiva
Inulina Está presente en achicoria, cebolla, espárrago,
puerro, ajo, trigo y alcachofa.
Fructo-oligosacáridos con grado de polimerización ≥ 10. Los
enlaces químicos de la fructosil-glucosa y de la fructosil-
fructosa son del tipo β(2→1) and β-(1→2), respectivamente.
Aumento frecuencia de deposiciones
Ablandamiento de heces
Oligofructosa (FOS) Derivado de la inulina mediante hidrólisis o de
la sacarosa mediante síntesis.
Grado de polimerización 2-9 si deriva de la hidrólisis de
inulina.
Grado de polimerización 2-5 si deriva via síntesis a partir de
sacarosa.
Alivio de síntoma de intestino irritable
Efecto preventivo sobre recaída de infección a
Clostridium dificile
Galacto-oligosacáridos (GOS) Mezcla compleja de oligosacáridos derivada de
la sacarosa mediante transgalactosilación
enzimática.
2-10 moléculas de galactosa y una glucosa terminal, siendo
sus principales enlaces β-(1→4), β-(1→2) and β-(1→6).
Alivio de síntomas de intestino irritable y descenso
de hinchazón abdominal
Lactulosa Disacárido derivado de la isomerización de la
lactosa.
4-O-β-D-galactopyranosyl-D-fructosa
Reducción del tiempo de tránsito intestinal
Aumento en la frecuencia de deposiciones
Oligosacáridos con características prebióticas demostradas mediante estudios de intervención en humanos
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Los ácidos grasos de cadena corta (SCFA) sonproductos finales de fermentación conimplicaciones en salud a nivel local y sistémico
Desciende el pH
Inhibe el crecimiento de bacterias potencialmentepatógenas
SCFA son absorbidos y ejercen efecto sistémico en elhospedador (supresión de apetito, influeyen en el estadoinflamatorio basal, etc.)
acetato: utilizado en la síntesis de ATP en el tejido muscular
propionato: regula la síntesis hepática del colesterol
butirato: promueve la salud e integridad colónica, funcióndel colonocito (proliferación y diferenciación). Ejercepropiedades anti-inflamatorias y regula la expresión génica.
Kasubushi et al. Nutrients 2015, 7: 2839-2849; Fernandez et al. AIMS Microbiol 2015, 1: 48-71
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LOS CARBOHIDRATOS RESISTENTES AL PROCESO DIGESTIVO (NO TODOS!!!!) SON CAPACES DE MODULAR LA COMPOSICIÓN Y
ACTIVIDAD METEABOLICA DE LA MICROBIOTA
LA DISPONIBILIDAD DE NUTRIENTES ES EL REGULADOR MAS IMPORTANTE DEL METABOLISMO BACTERIANO
LA INGESTA TOTAL DE CARBOHIDRATOS NO DIGESTIBLES (POLISACARIDOS NO AMILÁCEOS*, OLIGOSACARIDOS RESISTENTES Y
ALMIDON RESISTENTE) EN UNA DIETA OCCIDENTAL ES DE 10-20 g/día (< 10 años ) y 15-30 g/día (adolescentes y adultos)
Fuente: EFSA, 2010
*POLISACÁRIDOS NO AMILACEOS: FIBRA SOLUBLE (celulosa, hemicelulosa, lignina) y FIBRA SOLUBLE (pectinas, gomas, mucílagos, glucanos)
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