MICROBIOTA INTESTINAL Y SU RELACIN CON LA OBESIDAD
MICROBIOTA INTESTINAL Y SU RELACIÓN CON LA OBESIDAD
Hoy platicaremos de… • Qué es la microbiota • Antecedentes • Origen de la microbiota intestinal. ¿Cómo se establece? • Microbiota intestinal, dieta y enfermedades • Microbiota intestinal, dieta y obesidad • Perspectivas sobre el estudio de la microbiota • Conclusiones
¿Qué es la microbiota? - Conjunto de diferentes especies de bacterias que comparten un espacio. - Las relaciones ecológicas pueden ser de varios tipos, pero la mayoría de las ocasiones son relaciones comensales - El huésped les proporciona un ambiente, las bacterias comensales le proporcionan al huésped beneficios enzimas vitaminas - Ahora se sabe que también comparten genes, proteínas y metabolitos genoma proteoma holobioentes genobiontes
¿Qué es la microbiota? - La microbiota residente en el intestino humano es una de las comunidades más densamente pobladas, incluso más que el suelo, el subsuelo y los océanos. En el intestino grueso de los mamíferos la cifra de microorganismos se eleva a 1012 – 1014. - La microbiota intestinal está representada por cuatro tipos bacterianos: Firmicutes (grampositivos), Bacteroidetes (gramnegativos), Actinobacterias (grampositivas) y Proteobacterias (gramnegativas).
¿Qué es la microbiota? Funciones de la Microbiota • Función Metabolica (Degradación de sutratos no digeribles, resorción de nutrientes, producción de vitaminas, sintesis de proteínas y putrefacción) • Función de Protección (Efecto “barrera”, evita proliferación de bacterias oportunistas) • Función Trofica (Pueden controlar la proliferación y diferenciación de las células epiteliales y un papel determinante en el sistema inmunitrario.
Antecedentes Primeras células Micrografía de células fósiles de tipo bacteriano, descubiertas en un depósito de cuarzo negro en Australia. Su data es de 3500 mda
Antecedentes Primeras células (millones de años) 180 arqueozoico 60 2 360 proteozoico Primeras bacterias Anaerobias 3500 mda paleozoico mesozoica cenozoico 2 400 antropozoico 1 600 Primeras bacterias aerobias cianobacterias Micrografía de células fósiles de tipo bacteriano, descubiertas en un depósito de cuarzo negro en Australia. Su data es de 3500 mda
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? La relación holobióntica inicia desde la etapa fetal Gustav Klimt Embryo Today Reviews v 105(4): 265‐ 277, 2015
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? Posible transmisión intrauterina? Bacterial 16 S r. RNA gene surveys reveal that the first microbiotas of human newborns are primarily structured by delivery mode. PNAS USA 2010. v 107 p 1971 -11975
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? Posible transmisión intrauterina? • Se dice que el ambiente intrauterino y infantes por nacer son estériles hasta el momento del nacimiento • Madan, J. C. et al. (2012) Gut microbial colonisation in premature neonates predicts neonatal sepsis. Arch. Dis. Child. Fetal Neonatal Ed. 97, F 456–F 462 • Jimenez, E. et al. (2008) Is meconium from healthy newborns actually sterile? Res. Microbiol. 159, 187– 193. • Di. Giulio, D. B. et al. (2008) Microbial prevalence, diversity and abundance in amniotic fluid during preterm labor: a molecular and culture-based investigation. PLo. S ONE 3, e 3056 • Jimenez, E. et al. (2005) Isolation of commensal bacteria from umbilical cord blood of healthy neonates born by cesarean section. Curr. Microbiol. 51, 270– 274 • Penders, J. et al. (2006) Factors influencing the composition of the intestinal microbiota in early infancy. Pediatrics 118, 511– 521 • Mackie, R. I. et al. (1999) Developmental microbial ecology of the neonatal gastrointestinal tract. Am. J. Clin. Nutr. 69, S 1035–S 1045
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? Posible transmisión intrauterina? FACTORES EXTERNOS QUE AFECTAN LA Mbi Flechas verdes modificación positiva, rojas negativa Trends Microbiol. 2013 v 21: 167 -73
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? Los niños experimentan cambios significativos en su desarrollo, que influencian su estado de salud, así como su sistema inmunológico Arrieta et al. Frontiers in immunology. 2014
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? Después del nacimiento los azúcares de la leche materna (OS) son esenciales Tabla 2. Contenido de bacterias (log 10 ufc / g) encontradas en las heces de neonatos amamantados de 0 a 30 dias de edad Días Microflora fecal 0 1 7 30 Bifidobacterias 4. 80 0. 6 (a) (4/6) (b) 6. 23 0. 4 (5/6) 9. 60 0. 4� (5/6) 11. 6 0. 73 (5/6) Enterobacterias 7. 76 0. 4 (6/6) 6. 89 0. 7 (6/6) 6. 83 1. 2 (5/6) 8. 15 1. 1 (6/6) Enterococos 6. 03 1. 1 (5/6) 6. 26 1. 1 (6/6) 5. 11 0. 4 (3/6) 6. 66 0. 9 (6/6) Lactobacilos 5. 04 (1/6) 0 5. 28 0. 1 (2/6) 6. 56 1. 7 (5/6) Estafilococos 3. 75 1. 2 (2/6) 5. 09 0. 1 (2/6) 6. 61 0. 3 (2/6) 5. 56 0. 9 (6/6) Contenido de bacterias expresado como media SD del log 10 de las UFC/g de heces húmedas. Frecuencia del número de muestras. 0. 001 P� (a) (b) 3 Bifidos Enterobacterias dias 0 1 7 30 Enterococos Lactobacilos Estafilococos Por ciento (%) 0. 16 14. 70 99. 76 99. 96 97. 00 68. 31 0. 14 0. 036 1. 84 15. 91 0. 003 0. 0011 total (%) 0. 19 0. 004 0. 0009 0. 01 1. 08 0. 09 0. 0001 99. 16 100. 00 99. 99 100. 00 Rev. Mex. C Farm (1997) v 28: 22 -25
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? Después del nacimiento los azúcares (GOS) en leche formula son esenciales Efecto de la adición de jugo de girasol (II), bifidobacterias (III) y jugo de girasol/bifidobacterias (IV) en la microbiota de heces de ratón control II jugo girasol III Bifidobacterias Enterobacterias 1. 5 x 109 1. 2 x 109 5. 6 x 108 7. 90 x 108 Estafilococos 2. 7 x 108 4. 6 x 108 4. 5 x 108 1. 0 x 108 Estreptococos 1. 3 x 1010 1. 7 x 1010 4. 55 x 109 2. 7 x 1010 3. 16 x 1010 3. 9 x 1010 5. 75 x 1010 22 Anaerobios totales 18 Lactobacilos 8. 5 x 109 6. 9 x 109 4. 40 x 109 Bifidobacterias 9. 7 x 109 1. 66 x 1010 2 x 1010 4. 36 x 1010 2. 5 mg de oligosacáridos / día 106 UFC Bifidobacterias / día ganancia en peso g 26 T III 14 0 7 14 II IV 21 28 dias 35 Microflora fecal IV JG / Bifidos 42 control Bifidobacterias J. girasol 0, 69 0, 55 1, 63 0, 62 J. girasol/Bifidobacterias 0, 71 0, 094, 10 2, 50 0, 45 22, 51 16, 17 21, 68 14, 17 45, 02 9, 35 39, 30 5, 40 42, 84 20, 88 24, 57 23, 05 51, 83 47, 91 3, 97 Rev. Veterinaria México (1996) v 27: 119 -125
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? La edad y cambios en la dieta y estilo de vida afectan la microbiota Ottman et al. Frontiers In cellular and Infection microbiology. 2013
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? El microbioma intestinal humano visto a través edad y geografía • • Para examinar cómo difiere el microbioma intestinal entre las poblaciones humanas cuando se ve desde la perspectiva de los linajes de componentes microbianos: Muestras fecales de: . 326 personas edad 0– 17 años 83 Malawi 65 Amerindios 178 residentes de USA. 202 adultos edad 18– 70 años ‒ 31 Malawi ‒ 35 Amerindios ‒ 136 residentes de USA Nature, 2012 v 486, 222– 227
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? El microbioma intestinal humano visto a través edad y geografía Nature, 2012 v 486, 222– 227
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? El microbioma intestinal humano visto a través edad y geografía • Niños Europeos (Italia) 1 -6 años. dieta común de ciudades desarrolladas • Niños de las zonas rurales de África (Burkina Faso). dieta alta en contenido de fibra similar a la de los primeros asentamientos humanos en el momento del nacimiento de la agricultura Di Filippo et al. Proc Natl Acad Sci U S A. 2010
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? Acta Pediatr Esp. 2008; 66(2): 77 -82
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? Acta Pediatr Esp. 2008; 66(2): 77 -82
¿Cómo se establece la microbiota intestinal? Acta Pediatr Esp. 2008; 66(2): 77 -82
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano visto en la historia 750 -65 0 110 0 -8 50 800 0 -2 415 725 0 -6 450 755 0 -5 755 Año s Evolución microbioma y la dieta. En la raza humana ha habido dos grandes cambios en la alimentación. En el neolítico (10, 000 años) con la ingesta de dietas ricas en vegetales y granos y la segunda, a partir de 1850 con la Revolución industrial con dietas ricas en harinas y azúcares placa dental calcificada de 34 piezas dentales conservadas durante este período de años Nature Genetics (2013) 45: 450– 455
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano, la dieta y el síndrome metabólico • Fig 2 PNAS vol. 102 no. 31 • > Ruth E. Ley, 11070– 11075 • Bacteroidetes vs firmicit en obesos y delgados Nature 444, 1022 -1023, (2006) Nature v 444: 1027 -1031 (2006) Diabetes & Metabolism 2009. doi: 10. 1016/j. diabet. 2009. 03. 003
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano, la dieta y el síndrome metabólico La dieta a corto plazo altera la microbiota intestinal Nature v 505, 2014 pp 559 -563
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano, la dieta y el síndrome metabólico La dieta a corto plazo altera la microbiota intestinal Nature v 505, 2014 pp 559 -563
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano, la dieta y el síndrome metabólico La dieta a corto plazo altera la actividad de la microbiota intestinal y la expresión de genes Nature v 505, 2014 pp 559 -563
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano y el estrés Laberinto elevado en cruz Tiempo en brazos abiertos Laberinto elevado en cruz Entradas a brazos Enterramiento de esferas Veh = PBS; Esc= antidepresivo (Citalopram); B. longum y B. breve Bifidobacteria exert strain‐specific effects on stress‐related behavior and physiology in BALB/c mice Neurogastroenterology & Motility 2014 v 26 p 1615‐ 1627
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano y el estrés • Las bacterias comensales ejercen un efecto positivo en desordenes de ansiedad y depresión. Los mecanismos que ejercen estas bacterias no son claros, pero cuando se comparan resultados en ratas que se administrarón bacterias comensales y antidepresivos, las bacterias muestran resultados interesantes corticosterona se mide como indicador de la actividad del eje hipotálamo–pituitaria– adrenal (HPA), que es una parte esencial del sistema neuroendócrino que controla las reacciones al estrés físico y social y regula varios procesos del organismo como la digestión, el sistema inmune, las emociones, la conducta sexual y el metabolismo Neurogastroenterol Motil (2014) 26, 1615– 1627 Bifidobacteria exert strain‐specific effects on stress‐related behavior and physiology in BALB/c mice.
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano y la enfermedad de Parkinson Although the microbiota–gut–brain axis is a relatively new concept, information about communication along this axis has been delineated through different, converging means. Germ-free mice can be used to assess how loss of microbiota during development affects CNS function. Nature Reviews Neuroscience (2012) v 13, 701 -712
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano y la enfermedad de Parkinson Síntomas clásicos No asociados a genes de la enfermedad de Parkinson 98 pacientes con EP presentaron Salivación anormal Disfagia Nausea Constipación Problemas defecación 70% 52% 24% 29% 66% Neurology. 1992 v 42: 726 -32. Lancet Neurol. 2003 v 2: 107 -116. Disfunción intestinal se caracteriza por el esfuerzo excesivo para defecar y evacuaciones incompletas J Neurol Sci. 2011 v 310 : 144 -51
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano y la enfermedad de Parkinson Fig. 1. Gut microbiota composition. Relative numbers for two bacterial phyla (Bacteroidetes and Firmicutes) as well as relative numbers for main representatives of bacterial phyla in fecal samples of PD patients Parkinsonism & Related Disorders, 2016, Available online 26 August 2016. http: //dx. doi. org/10. 1016/j. parkreldis. 2016. 08. 019
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano y la enfermedad de Parkinson Fig. 2. a. Absolute concentrations (mean + standard error of the mean in mmol/g) for the short chain fatty acids butyrate, isobutyrate, valerate, iso-valerate, propionate and acetate in fecal samples. . . Parkinsonism & Related Disorders, 2016, Available online 26 August 2016. http: //dx. doi. org/10. 1016/j. parkreldis. 2016. 08. 019
La microbiota, la dieta y las enfermedades El microbioma intestinal humano y la enfermedad de Parkinson Carga genética a Sinucleina alfa participa en la sinapsis. Existen dos mutaciones puntuales en el cromosoma 4 q: A 53 T, A 30 P en las que se promueve la oligomerización de αsinucleína o una alteración en los genes parkin y UCH-L 1 que producen las enzimas encargadas de disminuir y eliminar la alfa sinucleina Cantidades excesivas forma fibrillas o neurofilamentos conocidos como cuerpos de Lewi que alteran la sinapsis. Singleton et. Al. , 2003. Science v 302 : 841. Eriksen et al. , 2003. Neuron v 40: 453 -456 Ho Efecto de la microbiota
La microbiota, la dieta y la obesidad El microbioma intestinal humano, la dieta y el síndrome metabólico Para la OCDE (2012), Estados Unidos, Inglaterra, Australia, México y posiblemente Canadá muestran un aumento rápido de obesidad comparada con otros países Las fuerzas que impulsan esta pandemia están ampliamente identificados: la obesidad se presenta cuando existe desbalance entre el consumo de energía y el gasto de energía ‐La combinación de aumento de la ingesta de calorías (o sin cambios) ‐La disminución de los niveles de actividad física. Nature (2016) v 532 p 149
La microbiota, la dieta y la obesidad En 1998 es declarada como pandemia ENSANUT 2016 (Sobrepeso y Obesidad Zonas Rurales 67. 5%, Zonas Urbanas 69. 95% 3 de 10 Niños en Edad Escolar 4 de 10 Adolescentes 7 de 10 Adultos
La microbiota, la dieta y la obesidad La obesidad se la puede definir como un estado de exceso de grasa corporal, predominantemente intraabdominal, que varia con la edad, sexo, gene tica, o medio cultural, convendri a diferenciarla con el sobrepeso que puede deberse o no a un aumento de grasa corporal. FACTORES GENÉTICOS FACTORES AMBIENTALES OTROS FACTORES OBESIDAD FACTORES SOCIOCULTURALES FACTORES ALIMENTARIOS MEDIOS DE COMUNICACIÓN ACTIVIDAD FÍSICA
La microbiota, la dieta y la obesidad La Hipótesis de que la microbiota favorece el almacenamiento de grasa en el organismos fue sugerida por Bäckhed y col. En 2004 cuando a ratones sin microbiota intestinal (anéxicos), a pesar de consumir un 30% mas de alimento que los ratones convencionales (con microbiota intestinal) de la misma edad y peso, tenían 24% menos de grasa corporal total. El mecanismo se basa en la actividad de la lipropoteínlipasa (LPL) (Enzima implicada en la captación celular de ácidos grasos a partir de las lipoproteínas y acumulación de triglicéridos en los adipositos. Esto se debe a una inhibición por la microbiota intestinal de la hormona FIAF (Fasting Induced Adipocyte Factor).
La microbiota, la dieta y la obesidad En la obesidad, además del incremento del volumen del adipocito, el tejido adiposo está infiltrado de macrófagos. Estos tienen 2 subpoblaciones: M 1, que producen citocinas inflamatorias, y M 2, que generan productos antiinflamatorios. Los TLR promueven el fenotipo M 1, con el consiguiente incremento de citocinas proinflamatorias.
La microbiota, la dieta y la obesidad Acta Bioqui m Cli n Latinoam 2013; 47 (2): 421 -34
La microbiota, la dieta y la obesidad Algunos de los múltiples mecanismos metabólicos que asocian la microbiota con la obesidad y con sus trastornos relacionados, como la diabetes y el hígado graso, son los siguientes: - La fermentación bacteriana de los polisacáridos de la dieta, que no pueden ser digeridos por el hospedero, con la consecuente producción de monosacáridos y AGCC. - Los AGCC se unen a receptores específicos de células intestinales endocrinas (GRP 43 y GRP 41) que incrementan el péptido YY, el cual retarda el tránsito intestinal, aumentando la absorción de nutrientes, e incrementan los niveles de leptina, una hormona orexigénica. - La regulación microbiana de algunos genes del hospedero que promueven el depósito de lípidos en los adipocitos.
La microbiota, la dieta y la obesidad - El incremento hepático de la captura de monosacáridos de la circulación portal activa factores transcripcionales clave como Ch. REBP, que regulan la lipogénesis. - La microbiota incrementa la vascularización inducida por inflamación y el flujo sanguíneo de la mucosa, lo que aumenta la absorción de nutrientes. - La microbiota intestinal es capaz de promover un estado de inflamación sistémica de bajo grado, resistencia a la insulina e incrementar el riesgo cardiovascular a través de mecanismos que incluyen la exposición a productos bacterianos, en particular, los LPS derivados de las bacterias gramnegativas. A esto se le ha llamado endotoxemia metabólica.
Perspectivas sobre el estudio de la microbiota Es realmente importante el estudio de la microbiota? Nature v 463, January 2010 Nature v 464, march 2010
Search Perspectivas sobre el estudio de la microbiota Es realmente importante el estudio de la microbiota? Search Today, the White House Office of Science and Technology Policy (OSTP), in collaboration with Federal agencies and private-sector stakeholders, is announcing the National Microbiome Initiative (NMI). The NMI aims to advance understanding of microbiomes in order to aid in the development of useful applications in areas such as health care, food production, and environmental restoration. Microbiomes are the communities of microorganisms that live on or in people, plants, soil, oceans, lakes, rocks, and the atmosphere. Recent discoveries have generated a new view of the biological world, one that recognizes that plants and animals are actually metaorganisms containing one or many microbial species. Inanimate surfaces, from rocks to keyboards, are likewise swarming with microbial life…. https: //www. whitehouse. gov/blog/2016/05/13/announcing-national-microbiome-initiative
Perspectivas sobre el estudio de la microbiota Es realmente importante el estudio de la microbiota? TRANSPLANTE FECAL Eiseman B, Silen W, Bascom GS, Kauvar AJ. (1958) Fecal enema as an adjunct in the treatment of pseudomembranous enterocolitis. Surgery 44: 854‐ 859 • En 1958, este grupo de médicos en Denver, administraron por enema heces de donantes sanos, a una paciente con enterocolitis pseudomembranosa. • El objetivo fue “restaurar el equilibrio de la naturaleza” en la flora intestinal para corregir el problema causado por los tratamientos con antibióticos. • Resultado, “immediate and dramatic” responses and concluded that “this simple yet rational therapeutic method should be given more extensive clinical evaluation. ” • Muchos años después, se estableció una asociación entre la infección por Clostridium difficile y la enterocolitis pseudomembranosa, y se establecieron tratamiento con antibióticos eficaces. • Durante la última década, ha habido un aumento alarmante en la incidencia y la gravedad de este trastorno, con aumentos asociados en la mortalidad y costo económico.
Perspectivas sobre el estudio de la microbiota Es realmente importante el estudio de la microbiota? NUEVAS EMPRESAS ? ? Science (2016 V 352, pp. 1261 -1262 DOI: 10. 1126/science. 352. 6291. 1261
Search Perspectivas sobre el estudio de la microbiota Es realmente importante el estudio de la microbiota? NUEVAS INVERSIONES Microbiome Companies Attract Big Investments Companies explore microbiome science to achieve breakthroughs in medicine, agriculture http: //www. wsj. com/articles/microbiome‐companies‐attract‐big‐investments‐ 1474250460 Search
Perspectivas sobre el estudio de la microbiota Es realmente importante el estudio de la microbiota? Mbi 1014 bacterias 10 veces mas que las células del cuerpo Microbioma Genoma de la Mbi tiene 150 veces mas genes que el genoma humano Es la abundancia y diversidad de diferentes especies de microorganismos, sus genes y sus metabolitos que caracterizan a todas y cada una de las mucosas, piel, 60 especies 25 especies estómago 500 a 1000 especies TGI Boca, Faringe y tracto respiratorio. tracto digestivo y otros tejidos animales y humanos y que tienen un papel importante en la función de nuestra cavidad oral (1) , intestino (2), cerebro y sistema nervioso central (3) , respiratorio (4) y el 1000 sistema inmune (5) especies piel. 60 especies Tracto urogenital 1. - Microb Ecol (2010) 60: 677– 90; 2. - Nat Rev Genet (2012) 13: 260– 70. 3. - PNAS USA (2011) 108: 3047– 52 4. - Front Microbiol (2015) 6: 89. doi: 10. 3389 5. - Nat Rev Immunol (2009) 9: 313– 23. doi: 10. 1038/nri 2515
Perspectivas sobre el estudio de la microbiota Es realmente importante el estudio de la microbiota? Los virus son las entidades biológicas mas abundantes en los oceanos. Representan el 5% de la biomasa pero contienen el 94% del material genético de todas las especies marinas. Se calcula que en el mar existen 1030 bacterias Se calcula que en el suelo existen 108 -9 bacterias/gramo de suelo Se calcula que en el mar existen 1014 bacterias, 100 veces mas genes que el cuerpo humano (23, 000 genes) Nature Reviews Microbiology (2007) 5, 801 -812
Perspectivas sobre el estudio de la microbiota Existe una correlación entre la abundancia de Bifidobacterium longum y la ingesta de ácidos grasos insaturados y entre Bifidobacterium longum y el grupo Bacteroidetes con el consumo de fibra. Los resultados sugieren que la dieta modificó la microbiota intestinal
Perspectivas sobre el estudio de la microbiota Macronutrients Unsaturated fat MBI phylum Firmicutes F. prausnitzii C. leptum Phylum Bacteroidetes Saturated fat B. longum Fiber intake Figure 1 Mean daily intake of macronutrients for each study group. Figure 2 Logarithmic order of magnitude (LOM) of bacteria and phyla which were significantly different among the three study groups. Each order of magnitude represents the relative quantification of DNA. The fewer cycles the greater relative quantification of DNA. Intl J Food Sci Nutr v 67 , Iss. 4, 2016
Conclusiones El análisis moderno del genoma bacteriano es sumamente interesante, y ha abierto un campo de investigación que puede explicarnos la relación cercana entre el microbioma y el ser humano y puede ayudar a resolver cuestionamientos sobre las “epidemias” modernas: enfermedades autoinmunes, alérgicas y metabólicas, pero, sobre todo, nos ofrece la posibilidad de intentar revertirlas por medio de la manipulación de los componentes de la microbiota.
“La ignorancia afirma o niega rotundamente; la ciencia duda”. Voltaire Gracias
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