Microbiota e enfermidade metabólica

2024/03/01 Azkarate Irigoras, June - Biokimika eta Biologia Molekularra sailaEHU | Manzanares Gómez, Aitor - Biokimika eta Biologia Molekularra sailaEHU | Benito Vicente, Asier - Biokimika eta Biologia Molekularra sailaEHU Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Osasuna
• Mikrobiologia
• Biokimika

En 1914, o filósofo Ortega e Gasset dixo a famosa frase “Eu son eu e as miñas circunstancias”. Neste caso, vénnos mellor a frase “Eu son eu e a miña microbiota”.

O microbiota está formado por todos os microorganismos que viven no noso organismo. Está formado principalmente por bacterias, pero tamén aparecen fungos, fermentos e virus, entre outros [1]. Como os virus? Tranquilo, a relación entre o noso organismo e estes microorganismos é xeralmente simbiótica, é dicir, beneficiosa para ambas as partes. De feito, manteñen o estado fisiolóxico normal do corpo nun equilibrio dinámico [2] e participan na inmunidade [3].

O microbiota atópase no noso corpo en calquera lugar en contacto co medio externo: intestino (famosa flora intestinal), boca, pel e vagina [1]. En total, contén 38 billóns de microorganismos, máis de 30 billóns de células humanas corporais [4]. Dito doutro xeito, as células microbianas son máis abundantes no noso corpo que as células humanas.

O microbiota intestinal ou flora intestinal é a microbiota máis importante e variable. Caracterízase pola súa complexidade, dinamismo e heteroxeneidade [2].

Complexo pola gran variedade de microorganismos. Con todo, como ocorre cos apelidos, hai grupos de bacterias moi numerosos: Firmicutes, Bacteroidetes, Actinomycetes, e Proteus [2]. É dinámico porque pode variar segundo a dieta ou o estilo de vida. Por último, é heteroxéneo porque a composición da flora intestinal varía dunha zona a outra.

Como xa se mencionou, dentro do noso corpo atopar un apaixonado mundo microbiano, pequenos organismos que xogan un papel fundamental na nosa saúde. Curiosamente, esta comunidade microbiana comeza a formarse antes de nacer, xa que a súa nai a transmite ao feto [5].

No entanto, continúa o seu desenvolvemento postnatal, no que inflúe o método do parto, a dieta (lactación materna ou de fórmula), a hixiene e o uso de antibióticos. Cabe destacar que o tres primeiros anos de vida son indispensables para a formación dun microbiota estable similar a un adulto, unha comunidade microbiana que, posteriormente, inflúe de forma significativa no noso sistema inmunolóxico e neurolóxico [5].

Con todo, ao longo da vida, o ecosistema intestinal pode sufrir alteracións que afectan ao delicado equilibrio entre os microbios e o noso corpo, situación que se coñece como disbiosis. Estas alteracións poden ocasionar problemas como inflamación, trastornos metabólicos ou resistencia á insulina, o que aumenta o risco de padecer enfermidades metabólicas (Figura 1) [5].

A comunidade de microorganismos que habita no noso intestino tivo un interese científico crecente nas últimas décadas. A medida que se profunda na comprensión desta rede biolóxica, atopáronse conexións clarificadoras entre a composición microbiana e diferentes estados de saúde, incluíndo diabetes, obesidade e síndrome metabólica.

Obesidade

Todos sabemos o que é a obesidade, pero como a Organización Mundial da Saúde defínea? A obesidade é unha acumulación excesiva de graxa, perigosa para a saúde [6].

E de onde salgue esa graxa? Pois, en definitiva, é o resultado dun balance enerxético positivo [7]. É dicir, prodúcese cando as calorías que tomamos da dieta superan as que o noso organismo necesita para desempeñar as súas funcións.

Pero por que non engrosar ao meu amigo se non fai deporte e come unha chea? A obesidade, como a maioría das enfermidades, tamén depende dos xenes [8]. Pero ultimamente hase visto que o microbio tamén inflúe.

Nun estudo comparáronse os microbios de ratos obesos e ratos delgados [9]. Os polisacáridos (moléculas de azucre grandes e complexas) que non podemos dixerir e absorber os mamíferos poden dixerir os microbios dos ratos obesos por ter unhas artazas para iso. Grazas a estas tesoiras chamadas encimas, os polisacáridos córtanse e transfórmanse en azucres simples que poden absorber.

Por tanto, en resumo, os ratos obesos aproveitan mellor as calorías inxeridas grazas á súa microbiota. De feito, as feces de ratos obesos teñen menos calorías. Por iso, aínda que os ratos obesos e os ratos delgados aliméntanse por igual, o balance enerxético dos ratos obesos será máis positivo e acumularán graxa. É máis, trasplantando o microbiota dos ratos obesos en ratos delgados, os ratos delgados comezan a acumular graxa.

Todo isto, evidentemente, pódese extrapolar aos seres humanos. E si, aínda que pareza aburrido, a manipulación microbiana pode converterse nunha importante estratexia terapéutica para regular o balance enerxético das persoas obesas [7].

Diabetes e síndrome metabólica

Xa vimos a obesidade, pero como se pode definir a diabetes e a síndrome metabólica? A síndrome metabólica é un conxunto de anomalías metabólicas que fan referencia á coexistencia de diversos factores de risco para o desenvolvemento da enfermidade cardiovascular. Entre estas anomalías metabólicas atópase a resistencia á insulina, entre outras [10]. A diabetes é unha enfermidade crónica que se produce cando a área non segrega suficiente insulina ou o corpo non utiliza eficazmente a insulina producida [11]. Pero, de que falamos cando falamos de insulina? A insulina é unha hormona que regula a concentración de glicosa en sangue, a glucemia. Cando a concentración de glicosa en sangue é moi alta, conséguese liberar a hormona insulina e diminuír a concentración, mantendo unha regulación axeitada [12].

Claro, non? Así pois, para seguir avanzando nesta historia, chegou a hora de presentar aos participantes TLR!

Os TLR ou Receptores Tipo Toll son antenas microscópicas que detectan sinais no noso corpo. Estes receptores aparecen nas células do epitelio intestinal e regulan a colonización bacteriana, é dicir, encárganse de manter as cantidades das diferentes bacterias a un nivel axeitado [13].

Aínda que existen moitos subgrupos dentro da familia TLR, o TLR2 é especialmente importante na diabetes. Obsérvase que na flora intestinal de ratos sen receptor TLR2 hai menos bacterias do xénero Bifidobacterium. Estes bifidobacterium actúan como parches no intestino e a súa carencia provoca un aumento da permeabilidade intestinal. Isto provocará que as toxinas bacterianas atravesen o epitelio intestinal e entren en circulación, provocando unha inflamación que aumentará o risco de padecer diabetes mellitus. Este mecanismo permítenos dúas posibilidades de tratamento. Por unha banda, pódense utilizar antibióticos que atacan bacterias doutros xéneros para favorecer a proliferación de bacterias do xénero Bifidobacterium. Por outra banda, o microbiota de ratos sans pódese trasplantar na flora intestinal de ratos sen TLR2 [7].

Así mesmo, o desequilibrio dalgunhas bacterias intestinais pode causar problemas directamente relacionados coa resistencia á insulina e, por tanto, coa diabetes. Como xa se comentou, a insulina regula a concentración de glicosa en sangue. Se se desenvolve a resistencia á insulina, as células do corpo non poderán responder adecuadamente á insulina. En principio, o corpo pode manter os niveis de azucre no sangue dentro do nivel normal, aumentando a produción de insulina. Con todo, a medida que a resistencia á insulina empeora e o páncreas non pode seguir xerando insulina suficiente para superala, os niveis de glicosa en sangue aumentan, o que leva diabetes tipo II. A diabetes tipo II pode entenderse, por tanto, como una hiperglucemia causada pola resistencia á insulina [14].

Confirmando o exposto, atopáronse relacións entre a composición microbiana e a resistencia á insulina en persoas con diabetes tipo II [7]. Así as cousas, o tema da diabetes tipo II quedou claro, pero que ocorre coa diabetes tipo I? O microbiota tamén se pode asociar á diabetes tipo I, unha enfermidade autoinmune que se dá nas etapas precoces da vida. Unha enfermidade autoinmune é unha alteración producida polo propio sistema inmunitario que afecta as células do propio organismo. Neste caso, a diabetes tipo I destrúe selectivamente algunhas células da área e causa déficit de insulina [15]. En estudos con ratos e ratos observouse que algunhas bacterias intestinais afectan á incidencia desta enfermidade e que o desequilibrio dos TLR e a composición modificada do microbiota poden provocar diabetes tipo I [7].

Por último, e seguindo cos ratos, nos estudos realizados con estes animais, observouse que os criados en ambiente libre de xermes (con todos os receptores TLR a un nivel axeitado) estaban protexidos da resistencia á insulina, a obesidade e outras enfermidades, a pesar de que a dieta proporcionada era rica en graxas. Pola contra, a colonización destes ratos protexidos con microbiosis intestinal de ratos con deficiencia de receptor concreto TLR5 levou a un rápido desenvolvemento da síndrome metabólica. O estudo revelou a relación da síndrome metabólica co microbio. Coma se fose pouco, nos seres humanos tamén se identificaron comunidades específicas de bacterias intestinais relacionadas coa síndrome metabólica [7].

Aínda queda moito por investigar sobre o microbiota. Os avances técnicos permiten comprender cada vez mellor os mecanismos baixo a obesidade, a diabetes, a síndrome metabólica e outras enfermidades, así como as súas interrelaciones. Deste xeito, ábrese a porta a novas posibilidades de prevención e tratamento no futuro, á vez que se espera poder aliviar a carga destas enfermidades nos sistemas sanitarios.

Bibliografía

[1] Hou, Kaijian, Zhuo Xun Wu, Xuan Yu Chen, Jing Quan Wang, Dongya Zhang, Chuanxing Xiao, Dan Zhu, Jagadish B. Koya, Liuya Wei, Jilin Li, and Zhe Sheng Chen. 2022. “Microbiota in Health and Diseases.” Signal Transduction and Target Therapy 7(1).
[2] Chen, Yinwei, Jinghua Zhou, and Li Wang. 2021. “Role and Mechanism of Gut Microbiota in Human Disease.” Frontiers in Cellular and Infection Microbiology 11.
[3] Belkaid, Yasmine, and Oliver J. Harrison. 2017. “Homeostatic Inmunity and the Microbiota.” Inmunity 46(4):562–76.
[4] Sender, Ron, Shai Fuchs, and Ron Milo. 2016. “Revised Estimates for the Number of Human and Bacteria Cells in the Body.” PLoS Biology 14(8). xusto: 10.1371/journal.pbio.1002533.
[5] Boulangé, Claire L., Ana Luisa Neves, Julien Chilloux, Jeremy K. Nicholson, and Marc Emmanuel Dumas. 2016. “Impact of the Gut Microbiota on Inflammation, Obesity, and Metabolic Disease.” Genome Medicine 8(1).
[6] https://www.who.int/health-topics/obesity#tab=tab_1
[7] Hemarajata, Peera, James Versalovic, and Lucero Dra Lau. 2013. “Traducións Políticas do Clinical Chemistry A Microbiota Intestinal Humana e O Metabolismo Corporal: Asunción dA Obesidade e A Diabetes`Sridevi Diabetes`Sridevi.” Acta Bioquím Clín Latam 47(2):617–45.
[8] Singh, Rajan Kumar, Permendra Kumar, and Kulandaivelu Mahalingam. 2017. “Molecular Genetics of Human Obesity: A Comprehensive Review.” Comptes Rendus - Biologies 340(2):87–108.
[9] Turnbaugh, Peter J., Ruth E. Lei, Michael A. Mahowald, Vincent Magrini, Elaine R. Mardis, and Jeffrey I. Gordon. 2006. “An Obesity-Associated Gut Microbiome with Increased Capacity for Energy Harvest.” Nature 444(7122):1027–31. xusto: 10.1038/nature05414.
[10] Huang, Paul L. 2009. “A Comprehensive Definition for Metabolic Syndrome.” Disease Models & Mechanisms 2(5–6):231–37. xusto: 10.1242/dmm.001180.
[11] Darenskaya, M. A. L. I. Kolesnikova, and S. I. Colesnikov. 2021. “Oxidative Stress: Pathogenetic Role in Diabetes Mellitus and Its Complications and Therapeutic Approaches to Correction.” Bulletin of Experimental Biology and Medicine 171(2):179–89. xusto: 10.1007/s10517-021-05191-7.
[12] Andrali, Sreenath S., Megan L. Sampley, Nathan L. Vanderford, and Sabire Özcan. 2008. “Glucose Regulation of Insulin Gene Expression in Pancreatic β-Cells.” Biochemical Journal 415(1):1–10. xusto: 10.1042/BJ20081029.
[13] Yiu, Jensen H. C. Bernhard Dorweiler, and Connie W. Woo. 2017. “Interaction between Gut Microbiota and Toll-like Receptor: From Inmunity to Metabolism.” Journal of Molecular Medicine 95(1):13–20. xusto: 10.1007/s00109-016-1474-4.
[14] Ta, Azez. 2020. “Hypomagnesemia and Insulin Resistance: Gaining Better Understanding of the Pathophysiology of Type 2 Diabetes.” Diabetes. Insights Biomed 5(4):12. axuste: 10.36648/2572-5610.4.4.76.
[15] Chellappan, Dinesh Kumar, Nandhini S. Sivam, Kai Xiang Teoh, Wai Pan Leong, Tai Zhen Fun, Kien Chooi, Nico Khoo, Fam Jia Yi, Jestin Chellian, Lim Lay Cheng, Rajiv Dahiya, Gaurav Guamvi, Sbramvi, Singnmi, Sfray, Singnmi, Smi, Sfray, Singnmi, Sfray, SSingnmi, Smi. 2018. “Gene Therapy and Type 1 Diabetes Mellitus.” Biomedicine & Pharmacotherapy 108:1188–1200. xusto: 10.1016/j.biopha.2018.09.138.