Colonización Intestinal de la Microbiota

Cuando el bebé se encuentra en el útero de la madre, y todavía no se ha expuesto al medio ambiente, el cuerpo se encuentra completamente estéril. La colonización comienza en el mismo momento del parto, cuando el cuerpo entra en contacto con el medio ambiente. La colonización inicial es muy relevante en la composición final de la flora permanente en adultos porque la bacteria pionera modula la expresión de genes de las células epiteliales, creando un ambiente favorable para si misma y desfavorable para las demás. Tres elementos importantes determinan el patrón de la colonización inicial.

1. Tipo de nacimiento (parto vaginal vs. cesárea)
2. Edad gestacional al nacimiento
3. Alimentación (Seno materno vs. fórmula)

Parto Vaginal Vs. Cesárea

En este punto se ha visto una variación significativa entre los pacientes que nacen por vía vaginal (parto eutócico) que aquellos que nacen por cesárea. El paso del bebe por el canal de parto le hace entrar en contacto con las bacterias de la vagina de la madre y demás elementos del ambiente como materia fecal, piel, y aun el contacto con los asistentes del parto, lo que favorece la colonización incial por Enterobacteria y Estreptococo spp. durante los primeros días, y para el final de su primera semana por Bifidobacteria y Bacteroides spp.

Se ha establecido claramente que la diferencia en el tipo de parto impacta mas allá de los primeros días. La cesárea se asocia a un decrecimiento en los anaeróbios obligados (necesitan un ambiente sin oxígeno para sobrevivir) beneficiosos como Bacteroides y Bifidobacterias spp. y un incremento de Clostridium sp.

Edad Gestacional al Nacimiento

La madurez de los órganos del bebé en el momento de enfrentarse con estos gérmenes es igual de importante. La capacidad de defensa y/o adaptación que tenga este bebé puede determinar el efecto que tengan los gérmenes al colonizar y además el tipo de gérmenes que llegan a colonizar. Un ejemplo clásico es el paciente prematuro con bajo peso al nacer que nace por cesárea y al recibir fórmula se expone a microorganismos que pueden causar una enfermedad infecciosa en el intestino que se conoce como "enterocolitis necrotizante".

Alimentación: Lactancia Materna vs. Fórmula

La alimentación, que es relevante en la composición de la microbiota a lo largo de toda la vida, es aún mas determinante en el proceso de colonización inicial. Los niños que reciben lactancia materna se exponen al Lactobacillus acidophilus, además de recibir otros beneficios como los nutrientes inmunoreguladores en la leche del seno, inmunogloblina A, ácidos grasos esenciales, y efectos 'prebióticos' de galactooligosacáridos (GOS). Los niños alimentados con fórmula tienen una flora de bacterias predominantemente comensales pero bastante heterogénea, con un incremento en Clostridium y Estreptococo sp. Entre un 50-60% de los niños recibiendo fórmula tienen presente Clostriduim difficile (patógeno facultativo), versus 6-20% de los de lactancia materna. Aunque a medida que avanzan en edad el Clostridium difficile disminuye y el patrón de distribución se hace mas como de adulto.

Otros elementos que alteran el patrón

Cuando hay intervenciones terapéuticas tempranas como hospitalizaciones, procedimientos quirúrgicos y sobretodo uso y abuso temprano de antibióticos, los individuos sufren cambios en su patrón de colonización. Estas intervenciones tempranas se asocian a cambios en los patrones evacuatorios a corto plazo, pero a mediano y largo plazo se relaciona a mayor susceptibilidad a padecer enfermedades inflamatorias del intestino, síndrome de intestino irritable, intolerancia a la lactosa, alergias, asmas, y hasta diabetes tipo 2.

Referencias

• Buccigrossi V, Nicastro E, Guarino A. "Functions of intestinal microflora in children" Curr Opin Gastroenterol. 2013 Jan;29(1):31-8
• Bures J et al . Small intestinal bacterial overgrowth syndrome. World J Gastroenterol 2010 June 28; 16(24): 2978-2990 ISSN 1007-9327
• Guarner F. Et al; Mechanism of Disease: the hygiene hypothesis revisited. Nat Clin Pract Gastroenterol Hepatol 2006; 3:275-284
• Guarner F., Malagelada. "Gut flora in health and disease", The Lancet, February 2003, 360; 512-519
• Kliger B. et al; "Probiotics in Children", Pediatric Clinics of North America, December 2007, 54(6), 949-967
• Probioticos y Prebióticos. Guías Mundiales de la Organización Mundial de Gastroenterología. Oct 2011. World Gastroenterology Organization.
• Weber TK, Polanco I. "Gastrointestinal microbiota and some children diseases: a review." Gastroenterol Res Pract. 2012;2012:676585

¿POR QUÉ PROBIÓTICOS? FUNCIONES DE LA MICROBIOTA

La Microbiota como un Órgano

El cuerpo humano tiene cerca de diez veces (10x) más bacterias que células humanas. Claro que el número en sí mismo no tendría relevancia a menos que expliquemos la estrecha relación simbiótica  y así podemos entender la popularidad que últimamente tienen los probióticos (moduladores de la microbióta) y prebióticos.

Por definición la simbiosis implica una relación biológica donde ambos sujetos se benefician de la relación. La implicación de esto es que así como las bacterias se benefician de nosotros para subsistir, así también nosotros nos aprovechamos de ellas, como un tipo de protocooperativismo donde poblaciones de especies se ayudan mutuamente para 'cooperar' unas con otras. Esto podría ser un cambio de paradigma para los que piensan que las bacterias solo se benefician de nosotros, o para los que piensan que son solamente dañinas. Más aún, si pensamos en los beneficios que recibimos de las bacterias podemos pensar de ellas como un órgano, como lo sería la piel, el corazón o el estómago, con propiedades muy particulares pero igual de necesarias para nuestro cuerpo.

Funciones de la Microbiota

Para comprender los beneficios que derivamos de la microbiota, veremos tres funciones básicas.

• Metabólica
• Fermentación de residuos no digeribles de la dieta y moco endógeno:
• Trófica
• Control de la proliferación y diferenciación de células epiteliales
• Desarrollo  y homeostasis del sistema inmune
• Protectora
• Protección contra patógenos (efecto barrera)

Existen otros mecanismos que se están estudiando actualmente, como su repercusión en la expresión de ciertos genes o la relación con el sistema nervioso, pero estos conceptos han sido los mejores estudiados y su mecanismo de acción básica así que por ahora nos limitaremos a estos para verlos brevemente.

Función Metabólica

Quizás unas de las funciones mas conocidas en el ámbito médico es la producción de vitaminas por las bacterias. Las bacterias del intestino son una fuente importante de vitamina K, esencial para el proceso de cicatrización. Se ha visto, además, que influyen en la producción y absorción de otras vitaminas del complejo B.

Las bacterias tienen la capacidad de fermentar carbohidratos no digeribles como algunos monosacaridos y polisacáridos largos (celulosa, xilanos, almidon resistente e inulina). El producto de este proceso metabólico es producción de ácidos grasos de cadena corta: acetato, propionato, y butirato.  Los patrones de fermentación de los carbohidratos, y su consecuente metabolización en ácidos grasos de cadena corta, están determinados por la cantidad de carbohidratos ingeridos en la dieta y la composición de la microbiota. Eventualmente la microbiota también está determinada en parte por la dieta.  Estos ácidos grasos son absorbidos en el colon, donde el butirato provee energía a las células epiteliales colónicas, y el acetato y propionato llegan al hígado y órganos periféricos, donde son substrato para gluconeogénesis, y lipogénesis. Además de fuente de energía, actúan como modulador inflamatorio, vasodilatador, parte de la motilidad intestinal y cicatrización de heridas del intestino. 

Función Trófica

Proliferación y Diferenciación del Epitelio 

Posiblemente la función más importante de los ácidos grasos de cadena corta en la fisiología colónica es el efecto trófico que ejercen en el epitelio intestinal. Los tres ácidos grasos de cadena corta, inducen proliferación y diferenciación del epitelio in vivo, aunque in vitro se ha visto interacción favorable del butirato con células neoplásicas, inhibiendo su proliferación y estimulando diferenciación.

Interacción con Inmunidad del Huésped

La mucosa intestinal es la interface principal de interacción entre el sistema inmunológico y el ambiente.
La superficie de la mucosa es 200 veces mayor que la de la piel y el 70% del sistema inmunológico está localizado en el tracto digestivo.
Cuando se analiza el intestino de ratones libres de gérmenes se encuentra que tanto las criptas como las placas de peyer tienen una configuración 'rara' y pobre. Esto quiere decir que tienen menos proliferación de tejido linfático y el mismo no está tan bien organizado. Se ha visto además que tienen una secreción disminuida de inmunoglobulinas y desbalanceada de interleuquinas.
Diversos estudios han relacionado la alteración de la microbióta intestinal con enfermedades inmunológicas sistémicas como asma, alergias, y aún cancer.

Función Protectora

Dentro de las funciones de la microbióta, la protección se da por un lado por la proliferación del GALT, y además el efecto de barrera que se consigue por los siguientes mecanismos:

1. Inhibición competitiva. Disminuyendo la disponibilidad de sustrato.
   En el ecosistema intestinal, las bacterias dominantes tienen acceso a los nutrientes necesarios, evitando el crecimiento de las demás bacterias.
    
2. Reducción de pH. Creando un ambiente poco favorable para organismos patógenos.
   El pH adecuado es importante para las funciones de supervivencia de la bacteria. Muchas de las bacterias patógenas no son favorecidas por un pH ácido y eso puede inhibir su crecimiento o favorecer su destrucción.
3. Aumento de la secreción de IgA. Lo que disminuye la carga bacteriana.
   La Inmunoglobulina A se encuentra en la mayoría de las secreciones del cuerpo y sirve para adherirse a la pared de las bacterias como un mecanismo de defensa no específico. La presencia de bacterias estimula la secreción de esta Ig y así controla el número de bacterias, además de preparar el cuerpo para una infección de bacterias patógenas.
4. Inhibición de la adhesión bacteriana/translocación. Por acción mecánica, obstruyendo el espacio en el epitelio.
   Las bacterias en el intestino se pegan de unos puntos de adhesión, si estos ya están ocupados las bacterias son removidas por el muco.
5. Amento de la secreción de mucus. Ayuda a la inhibición de la adhesión, y excreción de bacterias con transito intestinal (lubricación)
   El cuerpo produce su propia lubricación para ayudar el paso del bolo, pero también para recoger impurezas o elementos extraños que pueden ser eliminados por el vaciado intestinal, e impulsado por los cilios.
6. Secreción de bacteriocinas (lantibióticos).  Algunas bacterias secretan sustancias que funcionan como antibióticos contra otras especies de bacterias.Uno de los elementos mas interesantes de estos bichos es que tienen la capacidad de luchar unos con otros con armas sofisticadas como sustancias que tienen actividad antimicrobiana contra otras especies, así como se aisló la penicilina del hongo Penicillium. La limitación de estas sustancias es su rango corto de acción, pero es uno de los medios que en un futuro no lejano nos ayudaría a combatir ciertas infecciones utilizando otras bacterias.

Referencias

• Appl Microbiol Biotechnol. 2008 December ; 81(4): 591–606.
• Butler JE et al Immunol 2000; 100:119–30
• Guarner, Malagelada. «Gut flora in health and disease», The Lancet, February 2003, 360; 512-519
• Kligler B. et al; «Probiotics in Children», Pediatric Clinics of North America, December 2007, 54(6), 949-967
• Lantibiotics as prospective antimycobacterial agents. Bioengineered Bugs 1:6, 437-439; November/December 2010
• Tannock GW Am J Clin Nutr 2001; 73(suppl):410S-4S
• Valentina Tremaroli, Fredrik Bäckhed. Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism [Internet]. Nature. 2012. p. 242–9. Available from: http://www.nature.com/nature/journal/v489/n7415/full/nature11552.html