El microbioma humano. Segunda sesión del Simposio Lilly

origen de la imagen: NIH

Aunque sea con retraso, aquí os dejo el resumen de la segunda sesión del Simposio Lilly dedicado al microbioma humano.

Oligosacáridos de la leche materna humana (Fuente: C&En)

Angela Marcobal, de la Universidad de Stanford nos habló del establecimiento y evolución de la microbiota infantil.

• Hay tres factores que afectan al establecimiento de la microbiota de un recién nacido: la dieta, los microorganismos ingeridos y el genotipo del hospedador.
• Inicialmente el niño es colonizado por los microorganismos de la madre, pero al cabo de 11 meses tiene su propia microbiota distinta de la de su progenitora.
• La leche materna contiene una alta proporción de HMOs (Human Milk Oligosacharides). Estas moléculas son la "fibra natural" del ser humano. Los HMOs no son digeridos por las células humanas. Es un alimento para las bacterias que formarán la microbiota del niño, sobre todo de la clase de los bacteroides y bifidobacterias.
• Estos grupos bacterianos son consumidores de glucanos profesionales. En su genoma presentan PULs (Polysacharides Utilization Loci), genes que codifican para enzimas capaces de degradar a los HMOs pero también de reconocer a la mucina. Los HMOs son como unos análogos de la mucina de las células del epitelio intestinal para dichos microorganismos. De esa forma la leche materna imita la mucina del intestino del niño para asegurar la presencia de la microbiota.
• Bacteroides thetaiotaomicron (B. theta para los amigos) es el microorganismo modelo para los estudios de microbiota intestinal.
• En presencia de HMOs, B. theta presenta una expresión aumentada (up-regulation) de 137 genes, la mayor parte de ellos agrupados en 13 PULs. Hay una gran redundancia y flexibilidad de estos genes. Mediante mutantes knockout (KO) se ha demostrado que si falla un operón, otro toma su lugar.
• El aumento de los miembros relacionados con el grupo de los Bacteroides es el indicativo de la adquisición de una microbiota madura.

Esquema que muestra el Metaboloma (A), las funciones génicas (B) y la estimación del tamaño mínimo (C) del Metagenoma del microbioma humano (Fuente: Qin et al.)

Wilhen de Vos de la Universidad de Wageningen , uno de los coautores del artículo sobre el microbioma humano que ya vimos en el blog, nos habló de las interacciones entre el hospedador y los microbios y su papel en la salud y en la enfermedad.

• Cada ser humano tiene su microbiota distinta de la de otro ser humano pero hay filotipos constantes. Por ejemplo, la presencia de Bacteroides.
• Parece que hay una microbiota nuclear o mínima (core microbiota) conservada entre los humanos, pero aún queda trabajo para confirmarlo.
• La microbiota de gemelos es muy parecida. Pero nos podemos encontrar variaciones día-noche en la microbiota de un ser humano particular.
• En la microbiota, los microorganismos productores de butirato está inversamente relacionados con la presencia de microorganismos patógenos.
• Biomarcadores de salud: las Bifidobacterias son deseables, pero en altos niveles poblacionales parecen causar dolor abdominal.
• Otro biomarcador: Akhermansia muciniphila, es un degradador de mucina. Bajos niveles de esta bacteria parecen estar asociados con la aparición de apendicitis.
• El papel de las sucesiones microbianas es crucial para un buen funcionamiento intestinal. El almidón es degradado en el intestino delgado por Ruminococous y lo transforma a acetato, que es utilizado por Eubacterium, una bacteria del recto, para producir butirato.

En el gráfico A se puede observar que las funciones codificadas por la microbiota del niño (rojo y rosa) y la de la madre (azul y azul claro) son muy parecidas entre si. Sin embargo, el ACP de la biodiversidad de las microbiota(B) muestra que en el 1º mes la microbiota del niño y la madre son muy parecidas, pero en el mes 11º son totalmente distintas (los puntos gris y negro son dos microbiotas de individuos adultos usados como control). En la gráfica C se muestra dicha biodiversidad. (Fuente de la imagen: Vaishampayan et al. 2010)

Maria Pilar Francino del CSISP nos habló nuevamente del desarrollo de la microbiota del intestino infantil, aunque el modelo experimental que tienen es distinto al de Angela Marcobal.

• Compararon la microbiota de un recién nacido en su primer mes con la microbiota establecida tras 11 meses de vida. En paralelo estudiaron la de la madre para comprobar si las bacterias que se establecían eran las mismas o no.
• Inicialmente aparecen los miembros del género Bacteroides, luego su número va decreciendo hasta que a los 11 meses aparece los primeros Bifidobacterium. A partir de ese punto se considera que la microbiota ya está madura.
• En el caso estudiado observaron que el recién nacido fue colonizado por dos especies de Bacteroides provenientes de la madre. Al principio eran los mayoritarios pero a lo largo de los 11 meses, esas poblaciones disminuyeron para finalmente desaparecer siendo sustituidas por una especie de Bacteroides distinta y exclusiva del niño.
• La microbiota no se hereda. El niño es colonizado inicialmente por miembros de la microbiota materna, pero su propia historia moldeará su propia microbiota.
• Hay similares filotipos entre individuos por lo que puede hablarse de una microbiota nuclear o mínima común a todos los humanos. Pero hay diferencias entre los géneros bacterianos presentes entre individuos.
• La Biodiversidad no está conservada pero sí la Biofuncionalidad. La conclusión es que las microbiotas de los seres humanos funcionan igual aunque estén hechas de diferentes especies de microorganismos.
• Los individuos presentan un microbiota nuclear con funcionalidad genética similar. La microbiota de cada ser humano es una historia de sucesiones microbianas que se ven afectadas por eventos azarosos.

Permanezcan atentos para la tercera parte.

Enlaces relacionados: Primera Sesión del simposio

Marcobal, A., Barboza, M., Froehlich, J., Block, D., German, J., Lebrilla, C., & Mills, D. (2010). Consumption of Human Milk Oligosaccharides by Gut-Related Microbes Journal of Agricultural and Food Chemistry, 58 (9), 5334-5340 DOI: 10.1021/jf9044205

Qin, J., Li, R., Raes, J., Arumugam, M., Burgdorf, K., Manichanh, C., Nielsen, T., Pons, N., Levenez, F., Yamada, T., Mende, D., Li, J., Xu, J., Li, S., Li, D., Cao, J., Wang, B., Liang, H., Zheng, H., Xie, Y., Tap, J., Lepage, P., Bertalan, M., Batto, J., Hansen, T., Le Paslier, D., Linneberg, A., Nielsen, H., Pelletier, E., Renault, P., Sicheritz-Ponten, T., Turner, K., Zhu, H., Yu, C., Li, S., Jian, M., Zhou, Y., Li, Y., Zhang, X., Li, S., Qin, N., Yang, H., Wang, J., Brunak, S., Doré, J., Guarner, F., Kristiansen, K., Pedersen, O., Parkhill, J., Weissenbach, J., Antolin, M., Artiguenave, F., Blottiere, H., Borruel, N., Bruls, T., Casellas, F., Chervaux, C., Cultrone, A., Delorme, C., Denariaz, G., Dervyn, R., Forte, M., Friss, C., van de Guchte, M., Guedon, E., Haimet, F., Jamet, A., Juste, C., Kaci, G., Kleerebezem, M., Knol, J., Kristensen, M., Layec, S., Le Roux, K., Leclerc, M., Maguin, E., Melo Minardi, R., Oozeer, R., Rescigno, M., Sanchez, N., Tims, S., Torrejon, T., Varela, E., de Vos, W., Winogradsky, Y., Zoetendal, E., Bork, P., Ehrlich, S., & Wang, J. (2010). A human gut microbial gene catalogue established by metagenomic sequencing Nature, 464 (7285), 59-65 DOI: 10.1038/nature08821

Vaishampayan, P., Kuehl, J., Froula, J., Morgan, J., Ochman, H., & Francino, M. (2010). Comparative Metagenomics and Population Dynamics of the Gut Microbiota in Mother and Infant Genome Biology and Evolution, 2, 53-66 DOI: 10.1093/gbe/evp057