Las procariotas, organismos unicelulares microscópicos sin un núcleo claro (como las bacterias), representan la fuente de biodiversidad más importante del mundo.
Durante millones de años, los organismos procariotes han actuado como una fuerza de selección, influyendo en la evolución de los organismos eucariotes, como plantas y animales, constituidos por células nucleadas con orgánulos englobados por una membrana plasmática.
Se puede encontrar una cantidad asombrosa de microorganismos (bacterias, hongos, algas, protozoos y virus) con una enorme y diversa complejidad dentro y fuera del cuerpo de los humanos y los animales.
El genoma humano contiene alrededor de 23.000 genes, mientras que se han encontrado aproximadamente 3,3 millones de genes no redundantes en el microbioma del tracto gastrointestinal.
Más del 99% de esos genes pertenecen a 1.000-1.200 especies bacterianas diferentes que representan una microbiota intestinal diversa y compleja.
Entre todos estos microorganismos, las bacterias presentes en el tracto gastrointestinal –bacterias intestinales–, tanto de humanos como de animales, han sido ampliamente estudiadas debido a su influencia en la salud y en la enfermedad a través de complejas interacciones con sus hospedadores.
Diferentes factores han demostrado tener efectos sobre la microbiota intestinal, incluyendo:
Los desequilibrios o los cambios en la composición de la microbiota –disbiosis– asociados a cualquiera de estos factores pueden conducir a trastornos y a varias enfermedades
¿Qué sabemos de la microbiota intestinal?
Avances significativos en la tecnología microbiológica y molecular, junto con la tecnología de secuenciación y los métodos computacionales han aumentado nuestros conocimientos sobre la composición, estructura y papel de las bacterias en la salud y la enfermedad.
Actualmente, se sabe que las bacterias intestinales juegan un papel central en varias funciones fisiológicas y metabólicas en todos los animales de producción, siendo muy importantes para el mantenimiento de la homeostasis y el estatus sanitario.[registrados]
Existen cada vez más evidencias que demuestran que las bacterias intestinales pueden tener varias funciones:
Por ello, los nuevos conocimientos y la comprensión de la homeostasis y diversidad de las bacterias intestinales –perfiles bacterianos normales vs perfiles bacterianos anormales–, junto con las interacciones entre las especies bacterianas presentes en el intestino y el hospedador, podría contribuir a potenciar la salud y el rendimiento de los animales de producción.
Los beneficios potenciales son particularmente importantes para el sector porcino, que continúa desarrollando estrategias de prevención libres de antibióticos y sigue invirtiendo esfuerzos en garantizar la seguridad alimentaria, reduciendo a su vez el riesgo de las resistencias antimicrobianas.
Percepción de quórum
Múltiples estudios han puesto de manifiesto que las bacterias se comunican entre sí en respuesta a fluctuaciones de la densidad de población celular, liberando, detectando y respondiendo a pequeñas moléculas señalizadoras difusibles (autoinductores).
Esta comunicación, conocida como percepción de quórum (PQ) consiste en un mecanismo de regulación génica de una gran variedad de funciones fisiológicas:
Además, la PQ puede ser un mecanismo de señalización competitivo o cooperativo entre especies bacterianas o entre la bacteria y el hospedador.
Tales funciones incluyen:
La PQ ocurre en la mayoría de especies bacterianas, aunque existen diferencias con respecto a la forma de producción, detección y respuesta a estas señales químicas.
En muchas especies, la PQ modula las funciones de virulencia y es importante para la patogénesis en varias enfermedades entéricas. Asimismo, insectos como las abejas y las hormigas usan PQ para comunicarse y determinar el lugar idóneo para construir su nido.
Para que las bacterias puedan usar la percepción de quórum de forma constitutiva, deben ser capaces de:
Figura 1. Percepción de quórum mediante la producción y difusión de señales moleculares (autoinductores)
Las bacterias individuales generalmente producen unos bajos niveles de moléculas señalizadoras de PQ, de modo que cuando hay una baja densidad celular las moléculas pueden difundirse. En cambio, si hay una alta densidad celular, la concentración local de moléculas señalizadoras podría exceder el umbral límite, desencadenando cambios en la expresión génica.
Se sabe que las bacterias probióticas, como Lactobacillus spp., pueden producir sustancias proteicas, tales como las bacteriocinas, que pueden inhibir el crecimiento o inactivar a otras bacterias mediante mecanismos de PQ. Estas bacteriocinas pueden antagonizar la colonización y replicación de Salmonella spp.
Comunicación entre reinos
Comunicación entre bacterias y hospedadores
La comunicación/señalización entre bacterias y hospedadores se conoce como comunicación entre reinos. Anteriormente, se consideraba que la PQ solo ocurría entre las bacterias, pero nuevos estudios han demostrado la comunicación entre bacterias, hongos, virus y el hospedador.
Esta comunicación ocurre en respuesta a la producción de hormonas por parte del hospedador y la producción de autoinductores por parte de las bacterias.
Adrenalina & noradrenalina
La adrenalina y noradrenalina secretadas por las células del hospedador son detectadas por los receptores de membrana de las bacterias, conduciendo a un incremento de la virulencia y patogenicidad de patógenos entéricos como Salmonella, Campylobacter y E. coli.
Gastrina
La gastrina, una hormona secretada por las células gástricas y que estimula la liberación de ácido gástrico, estimula el crecimiento de Helicobacter pylori.
Citoquinas
Se sabe que las bacterias pueden detectar distintos componentes del sistema inmunitario, como las citoquinas y los péptidos antimicrobianos que modulan la respuesta inmunitaria del hospedador.
miARN
Los animales, plantas, hongos, virus y bacterias producen nanovesículas extracelulares que contienen microARNs (miARN) y otras moléculas para comunicarse entre sí. Esta comunicación entre reinos se ha detectado en humanos, animales de granja, bacterias, virus, hongos y plantas.
La importancia de la microbiota intestinal es enorme, ya que un desequilibrio en la composición microbiana puede provocar un cambio en la simbiosis fisiológica, pasando a la disbiosis, o lo que es lo mismo, de la salud a la enfermedad.
Durante el período perinatal, la microbiota intestinal puede verse afectada por varios factores por las condiciones del nacimiento, las infecciones bacterianas, los tratamientos antibióticos y el estilo de vida. Una vez establecida, la microbiota intestinal puede alterarse debido a los hábitos alimentarios y la dieta.
En los últimos años, se ha evolucionado hacia un nuevo paradigma en cuanto a la nutrición, alejándose de la epidemiología clásica y la fisiología y acercándose más a la biología molecular y la genética.
Interacciones entre probióticos & su papel en el mantenimiento de la homeostasis bacteriana
Las complejas interacciones microbianas permiten que se comuniquen entre sí o con el hospedador para mantener sus nichos ecológicos y la homeostasis con el hospedador.
Las interacciones microbianas pueden ser mutualistas o antagonistas y, por tanto, cooperan para la transferencia génica horizontal y la formación de biofilms, o compiten por los nutrientes, combatiendo con otras especies o patógenos mediante la expresión de bacteriocinas, microcinas y colicinas.
Recientes estudios sobre la PQ indican que la comunicación bacteriana puede utilizarse como alternativa a los antibióticos.
Las nuevas moléculas de PQ descubiertas han demostrado ser útiles en el tratamiento de enfermedades frente a las que opciones convencionales no son eficaces.
Asimismo, la producción de alimentos seguros y libres de patógenos, ha recibido cada vez más atención debido a las demandas crecientes del mercado y regulatorias por productos comestibles de origen animal con alta calidad y libres de residuos químicos y antibióticos.
A parte de sus potenciales aplicaciones antimicrobianas, se está investigando qué otras aplicaciones terapéuticas podrían tener las moléculas derivadas de la percepción de quórum, especialmente los péptidos, en ámbitos como la inmunología, trastornos del sistema nervioso central y la oncología.
Los descubrimientos recientes y el entendimiento de los mecanismos moleculares implicados en la comunicación entre especies, como la PQ, podría ayudar a desarrollar nuevos enfoques y alternativas para el control de infecciones bacterianas en animales de producción.
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