El estudio de la microbiota intestinal permite conocer cómo se modula en función de factores externos y estrategias nutricionales.
| La microbiota desempeña un papel indispensable en el mantenimiento de la salud intestinal y, en definitiva, sobre la salud global de los animales. |
En el intestino de los mamíferos habitan un gran número de microorganismos en simbiosis con el animal, lo que se conoce como microbiota, compuesta en su mayoría por bacterias, pero también arqueas, virus, protozoos y hongos.
La microbiota no es homogénea en todo el tracto gastrointestinal, sino que existen marcadas diferencias tanto entre tramos, incluyendo las heces, como entre el lumen y la mucosa intestinal.
La microbiota intestinal no es estática, sino que existen múltiples factores internos (edad, sexo o genética) y externos (dieta, tratamientos antimicrobianos, estación del año o manejo) que afectan a su estructura y composición. De hecho, a lo largo de la vida del cerdo, la microbiota evoluciona mediante un fenómeno conocido como sucesión microbiana.
| Así, por ejemplo, en los primeros días de vida, las familias microbianas que predominan son aquellas capaces de metabolizar los monosacáridos y oligosacáridos presentes en la leche materna mientras que, durante el destete, se produce un gran cambio en la microbiota, principalmente debido al estrés y al cambio brusco de dieta. |
Nutrición
Los microorganismos que componen la microbiota intestinal juegan un papel clave en:
Protección frente a patógenos
Una microbiota sana puede contribuir a la resistencia frente a determinados patógenos intestinales, como Escherichia coli o Salmonella enterica, al proporcionar unas condiciones que dificulten su desarrollo e implantación en el tracto gastrointestinal, por ejemplo, creando un ambiente con pH más ácido o produciendo péptidos con actividad antimicrobiana.
Desarrollo inmunitario
La microbiota intestinal interactúa con la mucosa de la pared intestinal contribuyendo al desarrollo de inmunidad local, muy importante para la salud global del animal.
Esta estimulación se produce vía presentación de patógenos y otros antígenos a las células inmunitarias, induciendo la producción y liberación de inmunoglobulinas A (IgA) a la luz intestinal y la maduración de linfocitos T, lo que contribuye a su vez a la modulación de la microbiota (Figura 1).
La microbiota también se relaciona con el mantenimiento de la integridad intestinal y con un correcto desarrollo y maduración del tracto gastrointestinal, ya que se ha visto que animales sin microbiota presentan alteraciones en la proliferación celular y la morfología intestinal.
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Figura 1. Esquema de la regulación de la inmunidad intestinal y su interacción con la microbiota. La pared intestinal está compuesta en su mayoría por enterocitos, responsables de mantener su integridad. Las células de Paneth secretan sustancias antibacterianas, como defensinas, regulando las poblaciones microbianas. Las células caliciformes producen mucina, responsable de mantener la capa mucosa intestinal. Las células dendríticas actúan como células presentadoras de antígenos a los linfocitos presentes en la lámina propia, contribuyendo a la respuesta inmunitaria y a la diferenciación de linfocitos B para la producción de IgA. (Adaptado de Peng J. y col., 2021 y creado con BioRender.com). |
Históricamente, el estudio de la microbiota ha tenido una gran complejidad, habiéndose centrado principalmente en la identificación y caracterización de las bacterias.
Las técnicas empleadas van desde el cultivo microbiológico hasta la secuenciación de ADN, aunque con la llegada de la secuenciación masiva algunas de ellas han caído en desuso. Con cada técnica podemos obtener diferentes tipos de información, lo que nos permite determinar:
Por otro lado, algunas técnicas requieren un conocimiento previo del microorganismo a detectar, mientras que otras permiten identificar nuevas especies no encontradas hasta la fecha.
En la Tabla 1 se recogen parte de las metodologías empleadas, el tipo de información que proporcionan y los posibles inconvenientes.
| Tabla 1. Relación de las principales técnicas empleadas para el estudio de la microbiota. |
Secuenciación masiva del gen ribosómico 16S
Actualmente, la técnica más empleada es la secuenciación masiva gen ribosómico 16S.
Tras la extracción del ADN de las heces o tramos del intestino, se amplifican por PCR unas regiones hipervariables de este gen (denominadas V3 y V4) que permiten diferenciar entre bacterias.
Con esta tecnología se obtienen millones de secuencias (algunas iguales entre sí y otras diferentes) y de esta forma, podemos:
La principal información que se deriva de un estudio de microbiota es la composición taxonómica de la población microbiana, variando esta información en función de la técnica empleada.
En el caso de los estudios de secuenciación masiva, además, podemos obtener información adicional, como la diversidad microbiana observada dentro del mismo individuo (alfa-diversidad) y entre individuos (beta-diversidad). Toda esta información puede representarse de forma gráfica, lo que permite obtener una visualización rápida y fácilmente interpretable de los resultados (Figura 2).
Alfa-diversidad
Las medidas de alfa-diversidad, además de cuantificar las especies diferentes, pueden considerar otros aspectos, como las relaciones filogenéticas entre ellas o la cantidad relativa de cada una para valorar posibles situaciones de disbiosis.
Beta-diversidad
La beta-diversidad permite evaluar la similitud o diferencia de las poblaciones microbianas entre muestras o grupos experimentales.
Se usan matrices de distancias y, de nuevo, se puede tener en cuenta únicamente información cualitativa, cuantitativa o filogenética entre las distintas especies.
| Las matrices de distancias pueden visualizarse en gráficas en las que cada muestra está representada con un punto, estando más próximos aquellos con mayores similitudes en cuanto a su composición microbiana. |
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Figura 2. Esquema de la información obtenida en un estudio de microbiota por secuenciación masiva 16S: A. Taxones presentes en cada muestra y su abundancia relativa. B. Representación esquemática del concepto de alfa-diversidad en dos muestras. C. Representación gráfica de las medidas de beta-diversidad. |
Dada la multitud de aplicaciones prácticas que puede tener el estudio de la microbiota intestinal, a continuación se resumen algunas descritas en producción porcina.
Estudio del efecto de aditivos
Los estudios de microbiota permiten conocer de qué forma productos como probióticos, prebióticos, simbióticos, postbióticos u otro tipo de aditivos actúan a nivel intestinal modulando la microbiota.
En los últimos años, como consecuencia de las restricciones al uso de antibióticos y la retirada del óxido de zinc (ZnO), estos estudios se han acelerado con el objetivo de encontrar aditivos que puedan ser una alternativa.
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Por ejemplo, Yu y colaboradores (2017) estudiaron el efecto del suplemento de quitosano en cerdos destetados, comparando con un grupo suplementado con ZnO y antibióticos y un grupo control. La microbiota de los diferentes grupos fue distinta, pero en los grupos del aditivo y de ZnO-antibióticos, a pesar de que alteraban la proporción de diferentes taxones, mostraban una tendencia similar en la modulación de la microbiota. Estudios como este, combinados con la valoración de índices productivos e incidencias de enfermedades infecciosas, pueden contribuir a la búsqueda de alternativas. |
Microbiota intestinal, crecimiento y eficiencia alimentaria
Dado el papel crucial que tiene la microbiota en el procesamiento de nutrientes y en la utilización de la energía, su modulación puede ser una herramienta útil para mejorar la productividad.
Existen numerosos estudios de asociación de taxones bacterianos con la productividad y el crecimiento en porcino.
La revisión de Gardiner y colaboradores (2020) destaca la complejidad de encontrar un microbioma “sano o ideal”, ya que son muchos los factores que influyen en su composición. Sin embargo, entre los diferentes estudios, encontraron géneros bacterianos asociados con un mejor crecimiento y eficiencia, como Treponema y Methanobrevibacter en intestino delgado y grueso, y Lactobacillus en intestino grueso. Otros géneros productores de butirato, como Roseburia y Ruminococcus, también podrían tener un importante papel en una mejor eficiencia.
Búsqueda de biomarcadores de salud intestinal
El estudio de la composición de la microbiota previa a la aparición de la enfermedad intestinal puede ser útil para relacionar los cambios en la misma con la predisposición a una infección o con la evolución tras el periodo de enfermedad.
Muchos de los estudios se han focalizado en la búsqueda de grupos bacterianos que puedan actuar como marcadores de salud o enfermedad en el tracto gastrointestinal, destacando el papel de la familia Enterobacteriaceae o del género Lactobacillus. Por ejemplo, se ha observado una susceptibilidad diferente a la diarrea postdestete en función de la diversidad y la riqueza de la microbiota en los lechones durante el periodo de lactancia con variaciones en las proporciones de diversas familias bacterianas (Lachnospiraceae, Ruminococcaceae, Prevotellaceae y Lactobacillaceae).
Por otro lado, una mayor alfa-diversidad y proporción de las familias Methanobacteriaceae, Ruminococcaceae y Streptococcaceae se ha relacionado con una mejor tasa de crecimiento en cerdos tras la coinfección de PRRSV y PCV2.
 En general, en lo que respecta a las aplicaciones del estudio de la microbiota, la literatura científica es extensa y en diversas revisiones destacan la gran variabilidad de resultados y los diferentes factores que la originan, llegando incluso a encontrar resultados opuestos. Por ello, sería necesario ir un poco más allá y abordar el estudio de este ecosistema desde una perspectiva más global, haciendo uso de las nuevas técnicas denominadas “técnicas ómicas”. |
La microbiota es considerada como un órgano más en los mamíferos, dada las importantes funciones en las que está implicada. Los estudios referidos en este artículo investigan únicamente una parte de este ecosistema y, en concreto, se centran en la composición taxonómica de las bacterias ahí presentes.
Sin embargo, gracias al desarrollo de nuevas tecnologías y herramientas, englobadas dentro del concepto de “técnicas ómicas”, podríamos conocer con más detalle qué está ocurriendo en el tracto gastrointestinal. En la Tabla 2 vienen resumidas algunas de las principales técnicas ómicas.
Todavía queda recorrido, particularmente en los métodos de análisis, interpretación y abaratamiento de costes, pero todo apunta a la necesidad de usar este análisis global de moléculas y las interacciones entre ellas para caracterizar un ecosistema.
| Tabla 2. Principales técnicas ómicas empleadas para el estudio de la microbiota intestinal |
| La microbiota intestinal desempeña un papel indispensable en el mantenimiento de la salud intestinal y la aplicación de técnicas de secuenciación para su estudio nos permite conocer cómo se modula en función de factores externos y estrategias nutricionales. Todo ello orientado, en definitiva, a garantizar una salud y un rendimiento productivo óptimos. |
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