Colonizadores del cuerpo humano: la microbiota

Por Efrén Díaz Millán

Asesoría científica: Grupo de investigación de Jaime García Mena, adscrito al Departamento de Genética y Biología Molecular del Cinvestav

Para diversos microorganismos, el cuerpo humano representa un planeta entero que tiene la oportunidad de colonizar en sus diferentes regiones, paisajes y ambientes en beneficio o perjuicio del hospedero. Se estima que en una persona habitan 39 trillones de microbios, la mayoría bacterias que conforman la microbiota, la cifra varía por factores como el sexo, edad, genética, lugar de residencia o condiciones ambientales.

En una persona con un peso de 70 kilos, el 3.5 por ciento, es decir, dos kilos, pertenecen a células de microorganismos; también se reporta que entre uno a tres por ciento de su peso total pertenece al conjunto de esas formas de vida microscópica; específicamente la microbiota del intestino puede pesar 2.3 kilos y un tercio de su composición es común a la diversidad de la mayoría de los individuos, mientras dos terceras partes son específicas de cada sujeto. Cerca de cien trillones de microorganismos componen la microbiota humana, donde se incluyen al menos mil tipos de especies de bacterias conocidas; el número de estos organismos supera 10 veces al de las células.

La microbiota humana es la comunidad de microorganismos que residen en diversas partes del cuerpo, como el tracto gastrointestinal, genitourinario, cavidad oral, ducto nasofaringe, tracto respiratorio y piel, entre otras. Esta vasta comunidad contiene en sus células, la cuales conforman bacterias, virus o levaduras, un conjunto de genes que conforman al microbioma.

Los microbiomas muestran una gran diversidad de microorganismos, en cada uno de ellos su variabilidad, límites y mantenimiento juegan un papel importante en la salud o diagnóstico de enfermedades; uno de los más importantes es el del tracto gastrointestinal, el cual es una interfaz dinámica y funcional entre el entorno externo, los alimentos y el cuerpo humano, que puede presentar cambios influenciados por edad, dieta o consumo de medicamentos.

Un desequilibrio en el tipo o número de colonias bacterianas que habitan el organismo puede causar problemas de salud como diabetes, obesidad, enfermedades cardiovasculares o inflamatorias del intestino, y se han vinculado con enfermedades neuropsiquiátricas como el autismo. Una función importante de los microorganismos son la producción de metabolitos que entran al torrente sanguíneo logrando un efecto positivo en el cuerpo.

La primera interacción microbiana del ser humano inicia durante la fertilización, cuando las bacterias componentes de la microbiota del cérvix acompañan al esperma y alcanzan el óvulo durante la fecundación; sin embargo, el sistema inmunológico de la madre impide la colonización microbiana en este punto; durante el parto ocurre la primera y la mayor exposición a una microbiota diversa, es la vía principal de transferencia intergeneracional de la microbiota en mamíferos. La ruptura de la membrana amniótica expone al bebé a los microorganismos de la vagina y la región perianal materna.

Al nacer un individuo, sus intestinos son estériles, pero en pocas horas, las bacterias aparecen y el tracto gastrointestinal es colonizado por ellas. Después del nacimiento el desarrollo de la microbiota se orquesta bajo el efecto nutricional, inmunológico, hormonal y prebiótico de la leche materna; también influye la prematuridad, medidas de higiene y el tipo de alimentación del lactante; desde esta etapa hasta los 3 años, la diversidad microbiana se incrementa por el alimento y el entorno ambiental; este núcleo de la microbiota se establece hasta la adolescencia.

Las bacterias presentes en la microbiota tienen distintas funciones en el cuerpo que se relacionan con el metabolismo, la modulación de la respuesta inmune o la regulación de procesos en el sistema nervioso, además de actuar en la fermentación anaerobia de carbohidratos provenientes de fibra dietética, que conducen a la formación de ácidos grasos de cadena corta y también participan en la absorción de iones. Asimismo, la microbiota produce vitamina K y B12, importantes para la actividad del organismo, y limita el crecimiento de otras bacterias con potencial patógeno, evitando con ello las infecciones.

Existen diferencias en la microbiota entre hombres y mujeres, la variación radica en los contrastes anatómicos de ambos géneros y en la heterogeneidad interindividual (cambios fisiológicos resultado del envejecimiento que los hace diferentes) a la que está expuesta la microbiota intestinal, influenciada por factores ambientales como la dieta, el metabolismo del hospedero o factores hormonales. En tanto, la microbiota intestinal contrasta por el género en su tipo de microorganismos y se relaciona con el índice de masa de corporal.

El estudio de la microbiota humana ha identificado grandes poblaciones de microorganismos que habitan diversas zonas del cuerpo; por ejemplo, la piel, considerada como un órgano extenso, se encuentra expuesta al ambiente, condición que favorece el desarrollo de millones de microorganismos, por tanto, esa abundancia depende de la humedad del lugar y el nivel de su exposición al ambiente como en el caso de la ingle, pliegues axilares y glúteos; la dermis tiene una de las mayores diversidades microbianas del cuerpo. En contraste, la vagina es uno de los sitios menos diversos, en esta región las comunidades microbianas tienen poblaciones dominadas por bacterias del género Lactobacillus; su ambiente es principalmente anaerobio y ácido.

La microbiota del tracto digestivo superior inicialmente es parecida a la de la piel porque se encuentra expuesta al aire ambiental, pero cuando ese aire entra, el estómago se calienta y humedece, produciendo cambios en sus condiciones; en esta región se encuentran zonas que concentran distintos tipos de microbiota, por ejemplo, la cavidad oral tiene entre 200 y 500 especies bacterianas únicas; en cambio en el estómago, el pH demasiado bajo propicia un ambiente extremo y selectivo que limita la diversidad bacteriana capaz de sobrevivir; por su parte, en el duodeno, al tener una rápida motilidad (facilidad de movimiento), se le dificulta la adherencia y el establecimiento de la mayoría de bacterias.

Un lugar notable para el desarrollo de la microbiota en el organismo es el colon, donde se estima una densidad en escalas que van de 10¹⁰ (100000000000) a 10¹² bacterias/ml, es decir, en la zona se encuentran más microbios que en el resto de los sitios del cuerpo combinados; cuenta con una importante diversidad de microorganismos, simbiontes microbianos capaces de realizar la fermentación anaerobia de sustratos fibrosos como la celulosas, pectina, inulina, almidones y glucanos derivados de la mucosa del huésped, lo cual produce ácidos grasos de cadena corta que contribuyen del cinco al 10  por ciento de los requerimientos calóricos humanos.

Distintos factores influyen en las comunidades de bacterias del organismo e intervienen en la salud o resultan perjudiciales para la microbiota; el nacimiento por cesárea y la alimentación con fórmula láctea pueden alterar el establecimiento de las primeras bacterias en el intestino del neonato trayendo consecuencias en su salud y vida adulta. Además, la exposición del infante a distintos ambientes determina las bacterias que tendrá y se ha reportado cómo niños con poca exposición a mascotas o en condiciones de mucha limpieza, pueden desarrollar mayor susceptibilidad a las alergias.

En el transcurso de la vida la composición microbiana cambia de acuerdo con la edad y la dieta, el consumo de alimentos ricos en grasas, azúcares y pobres en fibra puede favorecer a microorganismos implicados en obesidad, inflamación intestinal y reduce la presencia de bacterias productoras de metabolitos que fomentan la salud intestinal. Factores como la genética del individuo, la región geográfica donde vive y las condiciones ambientales, hasta elementos cotidianos como la dieta, un estilo de vida saludable, consumo de antibióticos o actividad física influyen en los cambios que puede presentar la microbiota.

La dieta es el principal factor para el control de la microbiota y se relaciona con horarios, frecuencia, cantidad y calidad de alimento, una rica en fibra promueve su funcionamiento adecuado, las basadas en frutas y verduras son abundantes en nutrientes como la fibra, grasas insaturadas, polifenoles, micronutrientes y proteínas que proporcionan efectos antipatogénicos y antiinflamatorios e incrementan la generación de bacterias lácticas.

La investigación científica sugiere que la microbiota intestinal contribuye a la salud metabólica de su hospedero, un desequilibrio en ella involucra desórdenes como obesidad, diabetes tipo 2, padecimientos hepáticos, cardio-metabólicas y desnutrición; también participa en el funcionamiento del eje intestino-cerebro y se ha visto modificada en presencia de males crónico-neurodegenerativos; además el cáncer tiene un efecto dañino sobre las barreras de los tejidos del cuerpo, alterando el balance de la microbiota en distintas zonas del cuerpo.

Algunos productos pueden equilibrar los organismos que componen la microbiota; por ejemplo, los probióticos son microorganismos vivos que al ser administrados en cantidades adecuadas benefician la salud del hospedero y su función modifica el ecosistema microbiano intestinal para favorecer su balance, además, contribuyen a la homeostasis del individuo. En cambio, un prebiótico es un sustrato utilizado selectivamente por los microorganismos del hospedero que también confiere un beneficio para la salud y fungen como nutrimento para favorecer el crecimiento bacteriano de ciertas cepas con propiedades positivas para el organismo al promover un estado de equilibrio en la microbiota; en contraste, se ha reportado que el uso desmedido de los antibióticos está relacionado con trastornos digestivos e intestinales.

En el plano internacional, los primeros estudios relacionados con la microbiota humana se presentaron a principios de la década los años 70 del siglo XX, y con el advenimiento de la secuenciación masiva de ADN, desde hace 12 años se desarrollan investigaciones para su caracterización. En 2007 el Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos emprendió el Proyecto Microbioma Humano, iniciativa realizada a gran escala con el objetivo de responder preguntas respecto a la microbiota y su interacción con el cuerpo humano.

En el país, las primeras publicaciones científicas sobre la microbiota del tracto digestivo datan de 2015, e investigaciones sobre el microbioma del 2019. En Cinvestav se han realizado por lo menos 15 estudios para la caracterización de la microbiota en población mexicana; su relación con el sobrepeso u obesidad infantil, asociada a la diabetes tipo2; en leche materna y colonización neonatal; con cáncer en un modelo preclínico; enfermedad de Alzheimer; y plantas medicinales, entre otras.