Nutrición y Microbiota Intestinal: Una Relación Clave para la Salud
La microbiota intestinal (MG) se define como la comunidad de microorganismos (bacterias, arqueas, hongos, virus) que colonizan el tracto gastrointestinal. Múltiples factores modulan la composición de la microbiota y cómo funciona físicamente, pero uno de los principales factores que desencadenan el establecimiento de GM es la dieta.
En este artículo, revisamos el conocimiento actual sobre la relación entre nutrición, microbiota intestinal, y el estado metabólico del huésped. Describimos cómo interactúan los macronutrientes (proteínas, carbohidratos, grasas) y diferentes patrones dietéticos.
Importancia de la Microbiota Intestinal
El hombre alberga distintas microbiotas cuya composición varía según las zonas del cuerpo, dependiendo de las fuentes de nutrientes disponibles y de la presencia de oxígeno. La microbiota intestinal es la más numerosa y diversa de estas microbiotas. Se trata de una comunidad compleja de microorganismos que incluye principalmente a levaduras, virus y bacterias que interactúan constantemente con las células de nuestro intestino.
El conjunto microbiota/intestino forma el ecosistema digestivo. La microbiota intestinal cuenta con alrededor de 100.000 billones de bacterias, principalmente alojadas en el colon (intestino grueso). Las bacterias son los microorganismos más abundantes y mejor estudiados de la microbiota; más del 90% de ellas pertenecen a dos grandes grupos de bacterias (filos), los Firmicutes y los Bacteroidetes, que, a su vez, representan más del 90% del total de bacterias presentes en nuestro intestino.
Otros grupos bacterianos minoritarios, pero necesarios para el equilibrio del ecosistema digestivo, también están presentes tales como las Actinobacteria, las Proteobacteria y, como lo hemos observado en sujetos chilenos, las Verrucomicrobia. Aunque la microbiota de un individuo sea tan única como sus huellas digitales, algunas bacterias como Faecalibacterium prausnitzii o Akkermansia muciniphila son comunes en la mayoría de las personas, y su ausencia está asociada con ciertas enfermedades.
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La colonización de nuestro tubo digestivo por las bacterias comienza en el momento del parto, primero con enterobacterias y lactobacilos y luego con bacterias anaeróbicas (sensibles al oxígeno). Este proceso depende de varios factores como el tipo de parto (cesárea o vaginal), la alimentación del bebé (leche materna o fórmula) y la eventual administración de antibióticos.
Gracias a su contenido de bacterias y oligosacáridos (un tipo de fibra), la leche materna contribuye en forma preponderante a la colonización microbiana y al crecimiento de bifidobacteria, una bacteria característica de la microbiota del lactante amantado. Hemos mostrado que la administración de antibióticos (amoxicilina) a lactantes puede reducir un tercio la cantidad de bacterias en su microbiota, un efecto que se puede prevenir por el consumo de prebióticos.
La colonización microbiana del tubo digestivo del recién nacido es importante porque contribuye a la maduración y educación de su sistema inmune, es decir de su sistema de defensas. A partir del destete, la diversidad de la microbiota del lactante aumenta considerablemente, debido a la introducción de nuevos alimentos en su dieta, que aportan nuevos nutrientes a su microbiota.
La microbiota tiene un genoma cuyo tamaño es 100 a 150 veces mayor al del genoma humano. Estos genes permiten a las bacterias desempeñar funciones específicas que nuestro cuerpo no ha desarrollado, pero que son necesarias para su buen funcionamiento. A cambio, le ofrecemos a la microbiota un lugar donde desarrollarse (el colon) y una gran cantidad de nutrientes. Esta estrecha relación simbiótica entre la microbiota y su huésped es el resultado de cientos de miles de años de evolución conjunta.
Una de las principales funciones de la microbiota es la digestión de macronutrientes (carbohidratos, proteínas, grasas) aportados por los alimentos. Estos son normalmente digeridos por las enzimas presentes en nuestro intestino, un proceso que libera nutrientes que son absorbidos. Sin embargo, no tenemos las enzimas necesarias para degradar la fibra ni la mayoría de los polifenoles (los famosos “antioxidantes”) dietarios.
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Ciertas bacterias de la microbiota (por ejemplo, Bacteroides thetaiotaomicron) poseen dichas enzimas y digieren estos compuestos, generando metabolitos como los ácidos grasos volátiles (AGVs), acetato, propionato y butirato, que son utilizados por otras bacterias o son absorbidos y ejercen efectos beneficiosos para nuestra salud. Por lo tanto, una dieta pobre en fibra y en polifenoles afecta la microbiota y la salud del huésped, en parte debido a la menor la producción de AGVs.
Varios factores asociados a nuestro estilo de vida actual afectan la simbiosis microbiota-huésped. Cuando la microbiota sufre desequilibrios en su composición y función, un estado llamado "disbiosis", el beneficio mutuo de la relación microbiota-huésped tiende a desaparecer. La disbiosis es generalmente transitoria y relacionada con eventos específicos (antibióticos, patógenos). Luego, vuelve a su estructura inicial, mostrando así un cierto grado de resiliencia.
Agresiones continuas o repetidas, sin embargo, pueden agotar esta resiliencia, alterando la composición de la microbiota en forma más permanente y produciendo respuestas anormales de las células intestinales y del sistema inmunitario local, que terminan deteriorando la capacidad de nuestro intestino de actuar como una barrera protectora.
Las personas con obesidad y/o diabetes de tipo 2, por ejemplo, presentan una disbiosis moderada caracterizada por una menor abundancia de las bacterias F. prausnitzii y A. muciniphila. Además, la microbiota de estos individuos es más eficiente en extraer energía de los alimentos que la de los sujetos normopeso. Este fenómeno explicaría por qué ratones normopeso trasplantados con la microbiota de individuos obesos se vuelven obesos.
Ciertas bacterias también permiten la formación del compuesto trimetilamina (TMA) a partir de la carnitina presente en la carne. La dupla microbiota/intestino genera señales (metabolitos o componentes bacterianos) que pueden ingresar a través de las células intestinales hasta la sangre y luego hasta los distintos órganos del cuerpo.
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Estas señales también estimulan las terminaciones nerviosas y/o las células productoras de hormonas (entero-endocrinas) presentes en el intestino, permitiendo la transmisión de la información al cerebro a través del nervio vago. Estas observaciones han acuñado el concepto de “eje microbiota/intestino/cerebro”. En este contexto, se ha mostrado que la microbiota intestinal tiene un efecto sobre la ansiedad, el estrés, y la depresión. En este contexto, se ha reportado que cepas probióticas de lactobacilos mejoran los síntomas depresivos en ratones.
El Impacto de la Dieta en la Inflamación Intestinal
La enfermedad inflamatoria intestinal (EII) es aquella patología arquetípica en la que se pierde la homeostasis entre microbiota y sistema inmunológico intestinal. La disbiosis intestinal e inflamación se han relacionado con cáncer y trastornos cardiometabólicos. Estudios epidemiológicos han descubierto varios factores dietéticos asociados a la aparición de estas condiciones.
Dado que los microbios dependen de los sustratos dietéticos en el intestino, se propone a menudo el microbioma intestinal como un mediador a través del cual los alimentos ejercen sus efectos pro y antiinflamatorios. Experimentos con animales demostruan que los alimentos que con altos niveles de grasas saturadas, azúcar, sal y bajos en fibras inducen inflamación y autoinmunidad a través de mecanismos microbianos como la inducción de células T-helper 17.
Otros, realizados en ratones y humanos, indican que los ingredientes añadidos durante el procesamiento promueven la permeabilidad del intestino e inflamación intestinal a través del aumento de bacterias mucolíticas y endotoxinas. Los conocimientos de las capacidades pro y antiinflamatorias de los compuestos individuales está aumentando.
Sin embargo, todavía se conoce poco sobre cómo afectan en su conjunto y los patrones dietéticos a la microbiota intestinal y al huésped, y si estos son diferentes en un intestino sano que en uno inflamado. En contraste, se han realizado numerosos ensayos clínicos con nutrientes individuales, estos no reconocen las interacciones dentro de su matriz alimentaria, explicando los efectos contradictorios y limitados observados.
Para ello, analizaron la relación entre 173 factores dietéticos y el microbioma para 1.425 individuos de cuatro cohortes: Enfermedad de Crohn, colitis ulcerosa (CU), síndrome del intestino irritable (SII) y población general. Se llevó a cabo una secuenciación metagenómica para perfilar la composición y función del microbioma intestinal.
La ingesta dietética fue evaluada mediante cuestionarios de frecuencia de alimentos y realizaron una agrupación para identificar patrones dietéticos y grupos microbianos. Identificaron 38 asociaciones entre patrones dietéticos y grupos microbianos. Además, 61 alimentos y nutrientes individuales se asociaron con 61 especies y 249 vías metabólicas en el metaanálisis entre individuos sanos y pacientes con SII, enfermedad de Crohn y CU.
Los alimentos procesados y los derivados de animales se asociaron sistemáticamente con una mayor abundancia de Firmicutes, especies de Ruminococcus del género Blautia y vías de síntesis de endotoxinas. Los resultados sugieren respuestas compartidas de la microbiota intestinal a la dieta en pacientes con EC, CU, SII y población general que pueden ser relevantes para otros contextos de enfermedad en los que la inflamación, cambios en la microbiota intestinal y nutrición son un elemento común.
Se ha descrito una disminución de las bacterias aquí identificadas y de sus funciones antiinflamatorias en numerosas enfermedades inflamatorias, como cáncer, aterosclerosis, obesidad, esteatohepatitis no alcohólica, cirrosis hepática y EII.
Las dietas, a largo plazo, enriquecidas con legumbres, verduras, frutas y frutos secos; una mayor ingesta de alimentos de origen vegetal sobre los de origen animal, con preferencia por los lácteos fermentados bajos en grasa y el pescado; al tiempo que se evitan las bebidas alcohólicas fuertes, carne procesada con alto contenido en grasa y refrescos, tienen el potencial de prevenir los procesos inflamatorios intestinales a través del microbioma. El incumplimiento de estos principios ya se ha relacionado con un mayor riesgo de EII.
Microbiota Intestinal y Obesidad
La obesidad está estrechamente vinculada a cambios en la microbiota intestinal, lo que puede provocar desequilibrios metabólicos. La obesidad ha sido asociada con modificaciones significativas en la composición de la microbiota intestinal, un complejo ecosistema de microorganismos que habita en el tracto gastrointestinal.
Estudios recientes han revelado que individuos con obesidad presentan un desequilibrio en la microbiota, conocido como disbiosis, caracterizado por una disminución en la diversidad de bacterias y cambios en la proporción de ciertas especies. Se ha observado un incremento en la abundancia de microorganismos asociados con una mayor capacidad de extracción de energía de la dieta, lo que podría contribuir al aumento de peso.
Además, la disbiosis en la obesidad se ha vinculado con la producción de metabolitos que pueden desencadenar procesos inflamatorios y afectar la homeostasis metabólica.
El Rol del Ejercicio
Está comprobado que el ejercicio regular puede influir positivamente en la composición bacteriana, promoviendo la diversidad y beneficios para la salud. La práctica regular de ejercicio ha emergido como un factor influyente en la modulación de la microbiota intestinal, desencadenando cambios específicos en la composición bacteriana.
Estudios recientes han demostrado que el ejercicio aeróbico puede aumentar la abundancia de bacterias beneficiosas como las del género Bifidobacterium y Akkermansia, asociadas con la mejora del metabolismo y la reducción de la inflamación asociada a la obesidad. Además, el ejercicio físico ha mostrado impactos positivos en la diversidad global de la microbiota.
Estas alteraciones en la microbiota intestinal inducidas por el ejercicio podrían tener efectos significativos en la función metabólica de un individuo.
Estrategias de Modulación de la Microbiota
Además, estrategias como el consumo de prebióticos, probióticos y postbióticos, así como el trasplante de microbiota intestinal, están siendo investigadas como posibles intervenciones para mejorar la salud metabólica en personas con obesidad. La modulación de la microbiota intestinal se ha convertido en un enfoque clave para mejorar la salud metabólica, y diversas estrategias han sido empleadas con este propósito.
Los prebióticos, como los fructooligosacáridos y la inulina, son compuestos no digeribles que estimulan el crecimiento y la actividad de bacterias beneficiosas en el intestino. Los probióticos, que son microorganismos vivos como Lactobacillus y Bifidobacterium, se consumen con la intención de conferir beneficios para la salud al equilibrar la microbiota.
Por otro lado, los postbióticos son productos metabólicos de las bacterias intestinales o sus componentes celulares que también se han estudiado por sus potenciales efectos beneficiosos.
Investigaciones en animales y humanos han revelado resultados prometedores en la modulación de la microbiota para favorecer la función metabólica en individuos con obesidad. Por ejemplo, estudios en ratones han demostrado que la administración de prebióticos y probióticos puede atenuar la ganancia de peso y mejorar la sensibilidad a la insulina.
En humanos, algunos ensayos clínicos han sugerido que la suplementación con probióticos, como Akkermansia muciniphila, puede tener efectos positivos sobre la composición corporal y la resistencia a la insulina en personas con obesidad.
El Eje Intestino-Cerebro y el Intestino-Músculo
La modulación de la microbiota intestinal no se limita únicamente a su impacto en la función metabólica, ya que se ha sugerido que las modulaciones en este ecosistema pueden influir en otros sistemas fisiológicos clave. Se ha propuesto la existencia de los ejes intestino-cerebro e intestino-músculo, destacando la interconexión entre el sistema gastrointestinal y el sistema nervioso central, así como con el sistema muscular.
En el contexto de la obesidad, que es una condición multifacética, estas conexiones pueden desempeñar un papel crucial. Se ha observado que la microbiota intestinal puede influir en la regulación del apetito, la respuesta al estrés y la función muscular, lo que sugiere que las intervenciones dirigidas a la microbiota podrían tener efectos sistémicos.
El Género y la Nutrición en la Microbiota Intestinal
Las diferencias entre hombres y mujeres son infinitas. Y según un estudio reciente, una de ellas es que la misma dieta afecta de forma dispar a la composición de su microbiota intestinal. Pero por primera vez, investigadores de la Universidad de Texas, en Austin, Estados Unidos, y otros seis organismos también han tenido en cuenta el género y la nutrición en la flora intestinal.
Para investigar esta cuestión, los científicos decidieron explorar los microbios intestinales de dos especies: peces y ratones, y también volvieron a analizar en profundidad los datos de estudios realizados con anterioridad en humanos.
A pesar de que los científicos desconocen la razón por la que hombres y mujeres reaccionan de forma diferente a la dieta, creen que las hormonas vinculadas a cada sexo podrían desempeñar un papel fundamental en la composición de la microbiota intestinal, favoreciendo la presencia de algunas cepas de bacterias frente a otras.
Una mayor diversidad de las bacterias intestinales ha sido asociada con un menor riesgo de enfermedades metabólicas como la diabetes y la obesidad, y también de la enfermedad inflamatoria intestinal. El interés de estos hallazgos radica, en parte, en que sugieren que las terapias diseñadas para mejorar la salud humana mediante la nutrición tendrán que adaptarse al sexo del paciente.
Al mismo tiempo, será necesario reconsiderar las tasas de prevalencia por género de algunas enfermedades con relación a estas interacciones específicas entre alimentación y sexo.
Referencia: Bolnick DI, Snowberg LK, Hirsch PE, Lauber CL, et al. Individual diet has sex-dependent effects on vertebrate gut microbiota.
Trasplante de Microbiota Fecal y Dieta
El ecosistema microbiano intestinal es considerado, actualmente, como un blanco terapéutico y nutricional para mejorar la salud. El trasplante de microbiota fecal de donantes sanos se recomienda para el tratamiento de infecciones recurrentes por C. difficile, refractarias al tratamiento antibiótico convencional.
Los pacientes tratados tienen un mejoramiento drástico de su estado de salud y muchos no vuelven a padecer de la infección. Estos trasplantes también han sido utilizados a título experimental en pacientes con enfermedad de Crohn, colitis ulcerosa, síndrome de intestino irritable, síndrome metabólico, enfermedades hepáticas, esclerosis múltiple y trastorno del espectro autista, con resultados promisorios.
La dieta también influye fuertemente sobre la microbiota. Fibras y polifenoles favorecen bacterias beneficiosas y reducen aquellas potencialmente patógenas y la producción de metabolitos dañinos. Para algunas fibras denominadas prebióticos, se ha demostrado que sus acciones beneficiosas sobre la salud ocurren a través de la microbiota.
Referencias adicionales:
- Morales P, Brignardello J, Gotteland M. La microbiota intestinal: Un nuevo actor en el desarrollo de la obesidad. Rev Med Chil.
- Fujio-Vejar S, Vasquez Y, Morales P, et al. The Gut Microbiota of Healthy Chilean Subjects Reveals a High Abundance of the Phylum Verrucomicrobia. Front Microbiol.
- Magne F, Puchi Silva A, Carvajal B, Gotteland M. The Elevated Rate of Cesarean Section and Its Contribution to Non-Communicable Chronic Diseases in Latin America: The Growing Involvement of the Microbiota. Front Pediatr.
- Brunser O, Gotteland M, Cruchet S, Figueroa G, Garrido D, Steenhout P. Effect of a milk formula with prebiotics on the intestinal microbiota of infants after an antibiotic treatment. Pediatr Res.
- Tan HE. The microbiota-gut-brain axis in stress and depression. Front Neurosci.
- Gasaly N, Riveros K, Gotteland M. Fitoquímicos: una nueva clase de prebióticos.
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