Un estudio muestra cómo las bacterias intestinales se alimentan de carbohidratos unidos a proteínas vegetales.
Nuestro intestino representa un ecosistema microbiano, que comprende un gran número de géneros y especies de microorganismos. Por su diversidad este ecosistema juega un rol decisivo en las interacciones con el epitelio de la mucosa del intestino y los mecanismos inmunitarios locales. La microbiota sirve al huésped protegiéndolo contra patógenos, recolectando nutrientes de nuestra dieta, metabolizando ciertos medicamentos y carcinógenos e influyendo en la absorción y distribución de la grasa corporal.
El microbioma comprende todo el material genético dentro de una microbiota (la colección completa de microorganismos en un nicho específico, como el intestino humano). Esto también puede denominarse “metagenoma de la microbiota”.
Degradación de carbohidratos complejos (glicanos y polisacáridos)
La degradación de carbohidratos complejos (glicanos y polisacáridos) representa una de las más importantes funciones simbióticas llevadas a cabo por la microbiota intestinal. En algunos casos contribuyen a digerir glicanos que el huésped no puede degradar, proporcionándonos subproductos metabólicos importantes, como pueden ser los ácidos grasos de cadena corta. Pero en esta relación mutualista, nuestra microbiota también se beneficia y al parecer el uso de estos glicanos es indispensable para la salud de este ecosistema.
Tan indispensables que el ensamblaje de este ecosistema intestinal, desde sus inicios, es decir desde que nacemos1, está determinada por la disponibilidad y la estructura de los glicanos que adquirimos a través de la dieta o de otras fuentes.
Enzimas activas de carbohidratos (CAZymes)
Investigadores de la Universidad de Birmingham y la Universidad de Newcastle encontraron que la degradación de estas macromoléculas complejas por parte de la microbiota se logra a través de la expresión de una amplia gama de enzimas activas de carbohidratos (CAZymes), y que algunas especies de microbios intestinales, particularmente especies de Bacteroides poseen genes que codifican más de 300 familias CAZyme diferentes2.
Los CAZymes son enzimas degradativas específicas y están recopiladas en la base de datos CAZy (http://www.cazy.org). En esta base de datos se organizan de acuerdo a sus similitudes en las secuencias de aminoacídicas, y actualmente (en septiembre de 2022) se agrupan en 173 familias de glucósido hidrolasas, 42 familias de polisacáridos liasas y 20 familias de carbohidrato esterasas.
Así, por ejemplo, el simbionte intestinal del intestinal, Bacteroides thetaiotaomicron puede degradar más de una docena de tipos diferentes de glicanos3, mientras que algunas especies de este género solo pueden degradar uno o unos pocos glicanos. ¿Qué nos dice esto? Pues, desde el punto de vista ecológico, aquellas especies con mayor capacidad de degradación de glicanos pueden ser consideradas como «generalistas«, que cambian su metabolismo de una comida a otra, mientras que las especies con un potencial de degradación de glicanos más limitado pueden considerarse «especialistas» que se centran en uno o unos pocos glicanos.
Los especialistas corren el riesgo de extinguirse en un huésped si sus nutrientes preferidos disminuyen o desaparecen durante demasiado tiempo, por lo que lo más probable es que estos especialistas solo persistan en el intestino para degradar determinado tipo de dietas, o mucinas derivadas del huésped4
«Al identificar las enzimas particulares que utilizan estos microbios, podemos considerar cómo se pueden desarrollar futuras dietas, que promuevan un intestino saludable y, como resultado, mejoren nuestra salud en general«, explicó Lucy Crouch, del Instituto de Microbiología e Infecciones de la Universidad de Birmingham, Reino Unido. Estos investigadores enfatizan en que estos resultados permiten buscar formulaciones de alimentos y medicamentos menos alergénicos y, encontrar fuentes alternativas sostenibles, saludables y ricas en proteínas vegetales.
«Un resultado inesperado del estudio es que los N-glicanos de insectos también son el objetivo de algunas de las enzimas descubiertas. En un escenario futuro en el que dependemos cada vez más de fuentes de proteínas alternativas como los insectos, este trabajo proporciona información sobre cómo las proteínas de insectos también pueden proporcionar nutrientes para nuestros microbios intestinales» – Lucy Crouch-
Utilización de polisacáridos (PUL)
Estudios previos ya habían aportado evidencias de estos sistemas de degradación de carbohidratos en las bacterias intestinales. En estos se usaron técnicas transcriptómicas para identificar los loci de utilización de polisacáridos (PUL), usando unos experimentos que requerían gran cantidad de sustratos para hacer crecer las bacterias y descubrir que enzimas actuaban sobre ellos. La novedad del trabajo dirigido por la Dra Crouch reside describir como se degradan los N-glicanos vegetales por parte de la microbiota, usando un enfoque funcional, en el cual relaciona datos de bioquímica, genómica y biología estructural, PULómica, para explicar esta compleja vía degradativa.
PULómica: Estudios funcionales integrales (incluidos todos los aspectos de la caracterización molecular desde la transcriptómica hasta la bioquímica estructural) de los PULs relacionados con la degradación de polisacáridos complejos.
Ya habíamos visto en estudios similares que las dietas basadas en vegetales propiciaban incrementos en el número y en las tipologías de bacterias que producen butirato, un ácido graso que promueve una buena salud digestiva y disminuye la inflamación5. Pero también hemos observado cómo cambia la composición de la microbiota al suplementar la dieta con determinados glicanos o polisacáridos complejos. Por ejemplo, la inulina y los fructooligosacáridos, incrementan selectivamente la abundancia de Bifidobacterias, a pesar de que ciertas especies de Bacteroides son capaces de utilizar estos glicanos.
En las diferentes asignaturas del Máster Experimental en Técnicas Microbiológicas Avanzadas, que ofrecemos desde MITLAB, profundizamos en esta compleja relación nutrición-microbiología-comportamiento social, es decir en la ecología de estos sistemas microbianos, en busca de potenciales aplicaciones de este conocimiento.
El Máster Experimental en Técnicas Microbiológicas Avanzadas de MITLAB, profundiza en temas relacionados con la ecología de ecosistemas humanos.
- Collado MC, Cernada M, Baüerl C, Vento M, Pérez-Martínez G. Microbial ecology and host-microbiota interactions during early life stages. Gut Microbes. 2012;3(4):352-365.
- Crouch LI, Urbanowicz PA, Baslé A, et al. Plant N-glycan breakdown by human gut Bacteroides. Proceedings of the National Academy of Sciences. 2022;119(39):e2208168119.
- Marcobal A, Barboza M, Sonnenburg ED, et al. Bacteroides in the infant gut consume milk oligosaccharides via mucus-utilization pathways. Cell host & microbe. 2011;10(5):507-514.
- Koropatkin NM, Cameron EA, Martens EC. How glycan metabolism shapes the human gut microbiota. Nature Reviews Microbiology. 2012;10(5):323-335.
- Toribio-Mateas MA, Bester A, Klimenko N. Impact of plant-based meat alternatives on the gut microbiota of consumers: a real-world study. Foods. 2021;10(9):2040.
