El proceso de colonización microbiana del intestino tras el nacimiento juega un papel crucial en el desarrollo del sistema inmunitario neonatal de los mamíferos con implicaciones durante toda su vida (Hansen, C. H. F. et al., 2012).
Una adecuada colonización mantiene la homeostasis del sistema inmunitario e influye directamente en la probabilidad de desarrollo de patologías en el futuro, como, por ejemplo, las diarreas del síndrome postdestete.
La colonización microbiana tempranaresulta de factores como la genética, la exposición microbiana, tanto a la madre como al ambiente, y el uso de antibióticos.
Esto, a su vez, pone en marcha el cross-talk (conversación cruzada) entre el microbioma y el hospedador mediado por cambios en la nutrición, la inmunidad, la función de barrera, el metabolismo y la expresión génica(Figura 1). Por tanto, se trata de una matriz de sistemas muy compleja capaz de modular la aparición y desarrollo de enfermedades inmunitarias y metabólicas.
IMPACTO DE LA EXPOSICIÓN MATERNAL Y AMBIENTAL
Habitualmente, los mamíferos son inoculados con la microbiota materna al pasar a través del canal de parto(Houghteling, P. & Walker, W., 2014) donde también se encuentran con bacterias intestinales(Makino, H. et al., 2013).
Los lechones también[registrados] incorporan la microbiota procedente de los boxes de maternidad, los pezones de sus madres y la leche materna, a veces, con un mayor impacto en el desarrollo de la microbiota intestinal del neonato que las propias heces maternas (Chen, X., Xu, J., Ren, E., Su, Y. & Zhu, W, 2018).
En el ámbito humano se ha descrito que, al nacer, el intestino del neonato presenta un ambiente aerobio compuesto por bacterias aerobias facultativas como Escherichia y Enterococcus, volviéndose gradualmente anaerobio con una mayor abundancia de bacterias anaerobias obligadas, como Clostridia, Bacteroides y Bifidobacteria (Johnson, C. L. & Versalovic, J, 2012; Jost, T., Lacroix, C., Braegger, C. P. & Chassard, C., 2012).
A lo largo de esta sucesión de organismos, la microbiota aumenta en diversidad (Jakobsson, H. E. et al., 2014; Koenig, J. E. et al., 2011).
Aunque se espera que algo similar ocurra en los cerdos (Thompson, C. L., Wang, B. & Holmes, A. J., 2008), actualmente no existen muchos estudios que permitan comprender en profundidad el impacto de los eventos de la vida temprana sobre el microbioma del lechón y su futuro productivo(Nowland, T., Plush, K., Barton, M. & Kirkwood, R., 2019).
Algunos autores han descrito cómo diferentes niveles de estrés o el uso de antibióticos pueden conducir a cambios en la colonización microbiana intestinal de los lechones 8 días después del nacimiento con efectos relevantes sobre su desarrollo inmunitario (Schokker, D. et al., 2014).
Se han publicado evidencias que relacionan las diferencias en la microbiota fecal de los lechones a los 7 días de vida con su susceptibilidad a sufrir diarrea postdestete 4 semanas después(Dou, S. et al., 2017), lo que pone de manifiesto el impacto del establecimiento temprano de la microbiota sobre el desarrollo de la respuesta inmunitaria.
INDAGANDO EN LA COLONIZACIÓN TEMPRANA DE LA MICROBIOTA INTESTINAL DE LOS LECHONES
Dado que los estudios sobre la colonización temprana de la microbiota de los lechones son aún limitados, nuestro grupo de investigación se planteó realizar diferentes estudios de campo con lechones durante sus primeros días de vida en el ámbito comercial.
DISEÑO EXPERIMENTAL
Un total de 4 granjas (A, B, C y D) fueron seleccionadas para este estudio:
Granjas A y B: se seleccionaron 10 lechones en cada granja y se tomaron muestras repetidas de heces durante la lactación (días 2, 7, 14 y 21 de vida) y 14 días tras el destete (d36 de vida).
Granja C: se tomaron muestras de heces de 38 lechones lactantes (d21) y 26 lechones destetados (8 días postdestete, d33).
Granja D: se obtuvieron muestras de ciego de 14 lechones dos días antes (d26) y tres días después del destete (d33).
Tras extraer el ADN de las muestras, se analizó la composición de la microbiota intestinal mediante la secuenciación masiva del gen 16S ARNr (región V3-V4).
RESULTADOS
Del conjunto de las 4 granjas, se obtuvo un promedio de 65.760 ± 13.853 secuencias por muestra.
La riqueza de especies y la diversidad de la microbiota aumentaron en los lechones de forma gradual con la edad, en consonancia con los resultados obtenidos previamente por otros autores (Chen, X., 2018; Niu, Q. et al., 2015; Mach, N. et al., 2015) que describen un aumento continuo en la diversidad alfa* de la microbiota intestinal desde el nacimiento hasta el destete. Asimismo, en el análisis de la estructura de la microbiota, se observó un claro agrupamiento de las muestras según la edad (Gráfica 1).
*Riqueza de especies de una comunidad a la que consideramos como homogénea y que puede ser medida según el número de especies presentes o según la distancia filogenética.
ABUNDANCIA DE TAXONES
En el análisis de la abundancia de taxones diferenciales los filos más abundantes en todas las muestras fueron Firmicutes (49,3%) y Bacteroidetes (29,4%), seguidos de Proteobacteria (10,7%) y Fusobacteria (5,7%)(Gráfica 2). El resto de los filos se presentaron con menor abundancia (<2%).
Cabe destacar que, durante los primeros días de vida (granjas A y B), se observaron grandes cambios en los porcentajes que ocupan estos grupos taxonómicos.
En la literatura, Bacteroidetes, Firmicutes y Proteobacteria constituyen, en términos generales, los tres filos predominantes de la microbiota de los lechones(Chen, X., et al, 2018; Chen, L. et al. , 2017; Holman, D. B. et al, 2017; Kim, H. B. et al., 2012).
En este estudio, Firmicutes representó el filo predominante, tanto en lechones lactantes como destetados, de acuerdo con lo descrito por Chen, L. et al. (2017). Sin embargo, otros autores han reportado a Bacteroidetes como el filo más abundante en lechones destetados (Pajarillo, E. A. B., 2011; Hu, J. et al., 2016).
Las diferencias en los ambientes y dietas entre los experimentos podrían explicar la disparidad en la estructura de la microbiota intestinal de los lechones.
A nivel de filo cabe reseñar también la importancia del filo Fusobacteria, muy predominante durante la lactancia, pero con una disminución drástica en el tiempo. Este mismo resultado ha sido descrito anteriormente por otros autores (Chen, X., et al. 2018; Niu, Q. et al., 2015; Chen, L. et al., 2017; Pajarillo, E. A. B., 2011; Hu, J. et al., 2016) aunque aún se desconoce la trascendencia de esta bacteria en el proceso de colonización microbiana del intestino.
En las granjas C y D se observaron con mayor detalle los cambios producidos por el efecto del destete.
En estos estudios se observó que, pese a que los filos más abundantes (Firmicutes, Bacteroidetes y Proteobacteria) no revelaran grandes cambios en su abundancia relativa, se observaban efectos significativos entre sus familias y géneros. Tan solo el filo Fusobacteria mostró una disminución notable tras el destete, tal y como reveló el proceso de colonización temprana observada en las granjas A y B.
ABUNDANCIA DE FAMILIAS
A nivel familiar, Fusobacteriaceae, Clostridiaceae y Enterobacteriaceaefueron mayoritarias durante los primeros días de vida (d7-d21), representando, en conjunto, entre un 50-60% de la abundancia relativa.
A lo largo de las semanas se observó una disminución progresiva en las abundancias relativas deClostridiaceae, Enterobacteriaceae, Fusobacteriaceae, Pasteurellaceae y Streptococcaceae (Gráfica 3).
En cambio, familias como Campylobacteraceae, Erysipelotrichaceae, Ruminococcaceae y Prevotellaceae aumentan gradualmente con la edad, mientras que otras familias como Lachnospiraceae, Lactobacillaceae y Veillonellaceae, presentaron una mayor variabilidad, aumentando durante las primeras semanas de vida para descender nuevamente antes del destete.
Abundancias iniciales similares, así como su drástico descenso con la edad de los lechones, fueron descritos también por otros autores (Chen, X. et al., 2018; Niu, Q. et al., 2015; Chen, L. et al., 2017; Pajarillo, E. A. B. et al, 2011; Hu, J. et al., 2016; Frese, S. A., et al., 2015).
En consonancia con otros estudios, familias como Ruminococcaceae y Lachnospiraceae incrementaron significativamente con la edad (Chen, L. et al., 2017; Li, Y. et al., 2018; Frese, S. A., 2015) aprovechando el nicho ecológico que dejaban las anteriores familias.
Estas familias se relacionan con la fermentación de carbohidratos complejos, y, probablemente, reflejan la evolución y la adaptación del ecosistema intestinal hacia una dieta sólida.
Tras el destete, se observaron reducciones significativas de Bacteroidaceae, Enterobacteriaceae, Fusobacteriaceae y Lactobacillaceae con un aumento significativo de Prevotellaceae, Lachnospiraceae y Erysipelotrichaceae.
ABUNDANCIA DE GÉNEROS
A nivel de género, dos géneros predominantes (>1%) mostraron aumentos significativos después del destete, incluyendo p-75-a5 y Roseburia, mientras que la abundancia relativa de Bacteroides, Fusobacterium y Lactobacillus disminuyó en lechones destetados.
En particular, Bacteroides, que abundaba en el intestino de los lechones lactantes, disminuyó del 15,04% al 4,93% en la granja C y del 7,01% al 2,58% en la granja D.
Entre los géneros no predominantes (<1%), también se detectaron varios cambios significativos, como, por ejemplo, una mayor abundancia de Coprococcus, Dorea, Succinivibrio y Treponema en lechones destetados.
Bacterioides y Lactobacillus
Abundancias relativas más altas de Bacteroides y Lactobacillus en lechones lactantes se han correlacionado con un microbioma orientado a la leche (Frese, S. A., 2015).
Bacteroidesconsume una amplia gama de oligosacáridos de leche y glucanos derivados del hospedador (Marcobal, A. et al., 2010).
Lactobacilluses un conocido productor de lactato al consumir azúcares simples de leche, como la lactosa(Schwab, C. & Gänzle, M., 2011). De hecho, se ha observado que Lactobacillus juega un papel importante en el establecimiento y el mantenimiento de la homeostasis bacteriana después del nacimiento (Konstantinov, S. R. et al., 2006).
El cambio abrupto a una dieta sólida basada en cereales y la retirada de leche explican la disminución de los géneros mencionados anteriormente y el aumento de los géneros productores de butirato (Zhao, J. et al., 2018) incluidos los pertenecientes a las familias Ruminococcaceae y Lachnospiraceae, entre otras.
Roseburia, Prevotella, Dorea y Succinivibrio
Géneros como Roseburia, Prevotella y Dorea están adaptados para metabolizar una amplia gama de oligosacáridos y polisacáridos complejos a la vez que producen ácidos grasos de cadena corta (SCFA).
Los SCFA resultantes de la fermentación bacteriana son una fuente de energía esencial para los enterocitos y pueden promover la salud intestinal al inhibir la inflamación, reducir el estrés oxidativo y mejorar la función de barrera intestinal (Hamer, H. M. et al., 2008), siendo esencial para los lechones destetados.
Asimismo, otros géneros relacionados con la fermentación de carbohidratos, como Succinivibrio(Bryant, M., 2015), incrementan también con la edad, especialmente, tras el destete.
CONCLUSIÓN
El proceso de colonización microbiana intestinal de los lechones siguió un patrón de evolución similar entre diferentes granjas, tanto en lo referente a la riqueza de especies y diversidad de la microbiota, que aumentaron en los lechones de forma gradual con la edad, como respecto a los grupos taxonómicos implicados en este proceso.
Estos resultados sugieren que existe una pauta en el establecimiento de la microbiota inicial que evoluciona desde un microbioma orientado a la degradación de los carbohidratos de la leche hacia otro más complejo, orientado a la fermentación de carbohidratos complejos, reflejando así la evolución y la adaptación del ecosistema intestinal hacia una dieta sólida.
Es necesario realizar más estudios para determinar cómo la modulación de este patrón de colonización en edades tempranas podría impactar sobre la salud intestinal del lechón y el desarrollo de su sistema inmunitario.
Agradecemos al Grupo Vall Companys y, en particular, a Jaume Coma, Jordi Bonet y Mario Duran su colaboración en la mayoría de los estudios presentados en este trabajo.
