Descubren cómo los microbios reestructuran la química del cuerpo

Investigadores de la Universidad de California en San Diego han creado el primer mapa de todas las moléculas en cada órgano de un ratón y las formas en que los microbios los modifican para intentan comprender cómo el microbioma, es decir, las comunidades únicas de bacterias, virus y otros microbios que viven dentro del organismo, pueden tener tanta influencia en una persona. En un sorprendente ejemplo, descubrieron que los microbios controlan la estructura de los ácidos biliares tanto en ratones como en personas, según publican en la revista ‘Nature’.

El equipo, dirigido por Pieter Dorrestein, profesor y director del Centro de Innovación Colaborativa de Espectrometría de Masas en la Escuela de Farmacia y Ciencias Farmacéuticas Skaggs en la Universidad de California en San Diego, y Robert Quinn, profesor asistente de la Universidad Estatal de Michigan, ha descubieron que cuando cambia la estructura de las moléculas, como los ácidos biliares, puede cambiar la forma en que las células se comunican entre sí y qué genes se activan o desactivan en un momento dado, dijo Dorrestein. Y eso podría tener enormes consecuencias para la función corporal y el desarrollo de enfermedades.

“Escuchamos mucho acerca de cómo nuestros propios genes humanos influyen en nuestra salud y nuestro comportamiento, por lo que puede sorprendernos pensar que podríamos tener moléculas en el cuerpo que se vean y actúen de la manera en que no lo hacen debido a nuestros genes, sino porque de otro organismo vivo”, señala Dorrestein.

El equipo comparó ratones libres de gérmenes (estériles) y ratones con microbios normales. Utilizaron una técnica de laboratorio llamada espectrometría de masas para caracterizar las moléculas no vivas en cada órgano de ratón. Identificaron la mayor cantidad posible de moléculas comparándolas con estructuras de referencia en la base de datos GNPS, un repositorio de espectrometría de masas de crowdsourcing desarrollado por Dorrestein y sus colaboradores. También determinaron qué microbios vivos se ubican conjuntamente con estas moléculas al secuenciar una región genética específica que actúa como un código de barras para los tipos bacterianos.

En total, analizaron 768 muestras de 96 sitios de 29 órganos diferentes de cuatro ratones libres de gérmenes y cuatro ratones con microbios normales. El resultado fue un mapa de todas las moléculas encontradas en todo el cuerpo de un ratón normal con microbios, y un mapa de moléculas en un ratón sin microbios.

Una comparación de los mapas reveló que hasta el 70 por ciento de la química intestinal de un ratón está determinada por su microbioma intestinal. Incluso en órganos distantes, como el útero o el cerebro, aproximadamente el 20 por ciento de las moléculas eran diferentes en los ratones con microbios intestinales.

Las bacterias modifican los ácidos biliares

Después de construir estos mapas, los investigadores se centraron en una familia particular de moléculas que parecían ser significativamente diferentes cuando los microbios estaban presentes: los ácidos biliares. Los ácidos biliares son producidos principalmente por el ratón o el hígado humano, y ayudan a digerir las grasas y aceites. También pueden llevar mensajes por todo el cuerpo.

El equipo descubrió ácidos biliares con estructuras previamente desconocidas en ratones con microbiomas normales, pero no en ratones libres de gérmenes. Desde hace tiempo se sabe que las enzimas hepáticas del huésped agregan aminoácidos a los ácidos biliares, específicamente los aminoácidos glicina y taurina. Pero en ratones con microbiomas normales, el equipo descubrió que las bacterias están marcando los ácidos biliares con otros aminoácidos: fenilalanina, tirosina y leucina.

“Se han publicado más de 42,000 trabajos de investigación sobre los ácidos biliares en el transcurso de 170 años –apunta Quinn–. Y sin embargo, estas modificaciones habían sido pasadas por alto”.

Influencia en la salud humana

Curioso si los mismos tipos de ácidos biliares modificados por microbios se encuentran en los humanos, los investigadores usaron una herramienta que crearon, la Herramienta de Búsqueda de Espectrometría de Masas (MASST), para buscar 1.004 conjuntos de datos públicos de muestras analizadas con la espectrometría de masas. También analizaron por espectrometría de masas aproximadamente 3.000 muestras fecales enviadas al American Gut Project, un gran esfuerzo de ciencia ciudadana con base en la Escuela de Medicina de la Universidad de California en San Diego.

Encontraron que los ácidos biliares modificados con microbios únicos que los investigadores vieron en ratones también estuvieron presentes en hasta el 25,3 por ciento de todas las muestras humanas en los conjuntos de datos. Estos nuevos ácidos biliares fueron más abundantes en lactantes y pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal o fibrosis quística.

Igualmente, en ratones y células humanas cultivadas en el laboratorio, Dorrestein, Quinn y su equipo descubrieron que los ácidos biliares modificados por microbios recientemente descubiertos estimulan fuertemente los receptores farnesoides X, reduciendo la expresión de genes responsables de la producción de ácidos biliares en el hígado.

El estudio plantea muchas preguntas sobre el papel que los microbios podrían desempeñar en la conducción del hígado y otras enfermedades, y en la influencia de la actividad terapéutica, como los medicamentos que se dirigen a los receptores X farnesoides.

“Este estudio proporciona un claro ejemplo de cómo los microbios pueden influir en la expresión de los genes humanos –explica Dorrestein–. Lo que aún no sabemos son las consecuencias posteriores que esto podría tener, o cómo podríamos intervenir para mejorar la salud humana”.

Fuente: Agencia ID.