Protozoos: Nutrición, Reproducción y Ejemplos
Los protozoos son microorganismos unicelulares que se encuentran en diversos hábitats, desde el agua hasta el interior de otros organismos. Su tamaño puede variar, alcanzando hasta setenta micrómetros, y se les puede encontrar en casi todos los lugares de la tierra, especialmente en sitios húmedos.
Estos organismos poseen características distintivas que influyen en su nutrición y reproducción.
Características Generales de los Protozoos
- Núcleo celular: Está rodeado de una membrana.
- Reproducción: Se reproducen por bipartición, donde la célula se divide en dos.
- Hábitat: Muchas especies viven en hábitats acuáticos como océanos, lagos, ríos y charcas.
- Locomoción y alimentación: Utilizan estructuras celulares para el movimiento y la alimentación.
- Núcleos: Pueden poseer dos núcleos.
Además de estas características generales, existen protozoos que son parásitos de células y carecen de órganos de locomoción. Estos se reproducen por división múltiple, formando numerosas esporas.
#0. Introducción a los protozoos parásitos
Microbiota Intestinal y su Importancia
El cuerpo humano alberga diversas 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. Se trata de una comunidad compleja de microorganismos que incluye principalmente 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.
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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.
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.
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.
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. 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.
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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.
El Rol de los Rumiantes y la Fermentación Microbiana
Las características especiales del aparato digestivo de los rumiantes los hicieron atractivos para su domesticación, la cual comenzó hace alrededor de 10 mil años en el cercano oriente. Los rumiantes se destacan por transformar forrajes toscos y subproductos agrícolas e industriales en alimentos, mediante la acción de microorganismos especializados. Los rumiantes son particularmente útiles para convertir recursos renovables como pasturas y subproductos agrícolas e industriales en alimentos para seres humanos. En el mundo existen grandes extensiones de tierras muy pobres o erosionables para la producción agrícola, pero aptas para la producción de rumiantes.
Existe el concepto erróneo de que los rumiantes son animales que poseen varios estómagos. En realidad, poseen un solo estómago verdadero. Este es un órgano llamado “abomaso”, que es donde, al igual como ocurre con otros mamíferos, se secretan enzimas digestivas y el ácido clorhídrico.
El rumen es el mayor y es una especie de gigantesca cuba de fermentación microbiana carente de oxígeno, que puede alcanzar los 100 litros en una vaca adulta y 5 litros en una oveja. Por la pared del rumen son absorbidos ácidos orgánicos producto de la fermentación microbiana que tienen un rol fundamental en la nutrición del rumiante.
El “retículo” o “redecilla” es una pequeña cámara adosada al rumen que selecciona partículas de material en proceso de digestión para su pasaje a la siguiente cámara: el “omaso” o “libro”, que tiene funciones de absorción de agua, minerales y ácidos orgánicos. Luego del omaso viene el “abomaso” o “cuajar”, que es el estómago verdadero.
La presencia de microorganismos en el rumen confiere a los rumiantes características nutricionales especiales. Así, la relación entre el rumiante y sus microorganismos ruminales puede definirse como una “simbiosis”, lo que significa que ambas partes se benefician. El rumiante se beneficia porque puede digerir fibra, utilizar fuentes de nitrógeno no proteico, y vitaminas del grupo B sintetizadas por los microorganismos. Los microorganismos del rumen, en tanto, poseen las enzimas necesarias para digerir la fibra y usar amonio para formar proteínas. A su vez, se benefician de que el rumiante les provee continuamente sustrato a través de la ingestión de alimento, y un ambiente sin oxígeno con temperatura y acidez relativamente constante.
En el rumen no habita una sola especie o tipo de microorganismo sino una comunidad microbiana compleja, que incluye microorganismos de varios tipos como bacterias, protozoos, hongos, metanógenos y bacteriófagos. Las bacterias son los organismos más abundantes y los que llevan a cabo la mayor parte de la actividad digestiva y fermentativa. Existen varios cientos de especies identificadas mediante técnicas moleculares, aunque solamente algunas decenas se han podido cultivar en el laboratorio. Existen bacterias especializadas en digerir diversos sustratos como fibra o almidón.
Los protozoos, que se alimentan principalmente de bacterias y de gránulos de almidón, son perjudiciales para la eficiencia de uso de nitrógeno de los rumiantes, así como desde el punto de vista de las emisiones de metano, por asociarse simbióticamente con metanógenos. Sin embargo, los protozoos son, por otra parte, beneficiosos, ya que contribuyen a estabilizar el pH, y -en el caso de algunas especies- la digestión de la fibra.
Los metanógenos cumplen una función importante al remover el hidrógeno que se forma en la fermentación.
Existe una creciente demanda mundial por proteínas de origen animal, en particular en las economías emergentes. Del otro lado de la balanza, la producción de alimentos pone cada vez más presión sobre los recursos naturales. Entender mejor los procesos bioquímicos y microbiológicos que ocurren en el rumen nos permite diseñar estrategias de investigación aplicada dirigidas a mejorar la eficiencia y sustentabilidad de la producción de rumiantes, así como de la calidad nutricional de la carne y la leche.
Por ejemplo, en el rumen de una vaca lechera se producen alrededor de 500 litros de metano por día, los cuales son liberados a la atmósfera mediante eructación y respiración. Alrededor del 17% del metano atmosférico proviene de la producción de rumiantes, representando entre 3% y 4% del total de emisiones totales de gases de efecto invernadero. Además, las emisiones de metano representan entre el 2% y 12% de la energía ingerida por los rumiantes domésticos.
Varias estrategias están siendo investigadas. Algunas de ellas tienen un gran potencial para inhibir drásticamente la producción de metano, aunque aún están lejos de la aplicación práctica: vacunas y virus específicos contra metanógenos, selección genética de animales que producen poco metano, y distintos aditivos químicos y microbianos.
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