Las procariotas, organismos unicelulares microscópicos sin un núcleo claro (como las bacterias), representan la fuente de biodiversidad más importante del mundo. Durante millones de años, los organismos procariotes han actuado como una fuerza de selección, influyendo en la evolución de los organismos eucariotes, como plantas y animales, constituidos por células nucleadas con orgánulos englobados por una membrana plasmática.
Entre todos estos microorganismos, las bacterias presentes en el tracto gastrointestinal –bacterias intestinales–, tanto de humanos como de animales, han sido ampliamente estudiadas debido a [registrados]su influencia en la salud y en la enfermedad a través de complejas interacciones con sus hospedadores.
Diferentes factores han demostrado tener efectos sobre la microbiota intestinal, incluyendo:
Los desequilibrios o los cambios en la composición de la microbiota –disbiosis– asociados a cualquiera de estos factores pueden conducir a trastornos y a varias enfermedades
¿Qué sabemos de la microbiota intestinal?
Avances significativos en la tecnología microbiológica y molecular, junto con la tecnología de secuenciación y los métodos computacionales han aumentado nuestros conocimientos sobre la composición, estructura y papel de las bacterias en la salud y la enfermedad. Actualmente, se sabe que las bacterias intestinales juegan un papel central en varias funciones fisiológicas y metabólicas en todos los animales de producción, siendo muy importantes para el mantenimiento de la homeostasis y el estatus sanitario.
Los beneficios potenciales son particularmente importantes para el sector porcino, que continúa desarrollando estrategias de prevención libres de antibióticos y sigue invirtiendo esfuerzos en garantizar la seguridad alimentaria, reduciendo a su vez el riesgo de las resistencias antimicrobianas.
Percepción de quórum
Múltiples estudios han puesto de manifiesto que las bacterias se comunican entre sí en respuesta a fluctuaciones de la densidad de población celular, liberando, detectando y respondiendo a pequeñas moléculas señalizadoras difusibles (autoinductores).
Esta comunicación, conocida como percepción de quórum (PQ) consiste en un mecanismo de regulación génica de una gran variedad de funciones fisiológicas:
- Acceso a nutrientes y nichos favorables
- Respuesta frente a bacterias competidoras
- Respuesta a factores estresantes
Adicionalmente, la PQ puede ser un mecanismo de señalización competitivo o cooperativo entre especies bacterianas o entre la bacteria y el hospedador. Tales funciones incluyen:
- Virulencia
- Motilidad
- Producción de antibióticos
- Formación de biofilm
REGULACIÓN
- Simbiosis
- Motilidad
- Formación de biofilms
- Replicación
- Conjugación
- Competencia
- Esporulación
- Virulencia
Las bacterias individuales generalmente producen unos bajos niveles de moléculas señalizadoras de PQ, de modo que cuando hay una baja densidad celular las moléculas pueden difundirse. En cambio, si hay una alta densidad celular, la concentración local de moléculas señalizadoras podría exceder el umbral límite, desencadenando cambios en la expresión génica.
Se sabe que las bacterias probióticas, como Lactobacillus spp., pueden producir sustancias proteicas, tales como las bacteriocinas, que pueden inhibir el crecimiento o inactivar a otras bacterias mediante mecanismos de PQ. Estas bacteriocinas pueden antagonizar la colonización y replicación de Salmonella spp.
La formación de biofilm
El biofilm bacteriano, también conocido como biopelicula, está formado por un conjunto de microorganismos (una o varias especies) asociados a una superficie y englobados en una matriz polimérica.
Los biofilms pueden crecer sobre muchas superficies diferentes, tales como las tuberías de agua de bebida de las granjas (Figura 2) y si no son retiradas pueden formar estructuras permanentes.
Conforme el biofilm se va formando, las bacterias involucradas empiezan a alterar su estructura génica al liberar sustancias químicas en respuesta a los cambios en la densidad poblacional.
Este mecanismo de PQ permite que los biofilms crezcan y desarrollen relaciones sinérgicas que favorecen su supervivencia.
Dentro del biofilm, las bacterias pueden compartir nutrientes y están protegidas de factores ambientales que pueden ser perjudiciales, como la desecación, las sustancias químicas y el sistema inmunitario de los animales.
Figura 2. Biofilms formados por microorganismos adheridos a la superficie de los conductos de agua
Las bacterias presentes en los biofilms forman colonias persistentes que no se multiplican o de crecimiento lento que son insensibles a la acción de los antimicrobianos, favoreciendo el desarrollo de resistencias y actuando como reservorio de bacterias patógenas e infecciones persistentes en algunas granjas.
Comunicación entre reinos – Comunicación entre bacterias y hospedadores
La comunicación/señalización entre bacterias y hospedadores se conoce como comunicación entre reinos. Anteriormente, se consideraba que la PQ solo ocurría entre las bacterias, pero nuevos estudios han demostrado la comunicación entre bacterias, hongos, virus y el hospedador.
Esta comunicación ocurre en respuesta a la producción de hormonas por parte del hospedador y la producción de autoinductores por parte de las bacterias.
Adrenalina & noradrenalina
La adrenalina y noradrenalina secretadas por las células del hospedador son detectadas por los receptores de membrana de las bacterias, conduciendo a un incremento de la virulencia y patogenicidad de patógenos entéricos como Salmonella, Campylobacter y E. coli.
La gastrina, una hormona secretada por las células gástricas y que estimula la liberación de ácido gástrico, estimula el crecimiento de Helicobacter pylori.
Citoquinas
Se sabe que las bacterias pueden detectar distintos componentes del sistema inmunitario, como las citoquinas y los péptidos antimicrobianos que modulan la respuesta inmunitaria del hospedador.
miARN
Los animales, plantas, hongos, virus y bacterias producen nanovesículas extracelulares que contienen microARNs (miARN) y otras moléculas para comunicarse entre sí. Esta comunicación entre reinos se ha detectado en humanos, animales de granja, bacterias, virus, hongos y plantas.
Durante el período perinatal, la microbiota intestinal puede verse afectada por varios factores por las condiciones del nacimiento, las infecciones bacterianas, los tratamientos antibióticos y el estilo de vida. Una vez establecida, la microbiota intestinal puede alterarse debido a los hábitos alimentarios y la dieta.
En los últimos años, se ha evolucionado hacia un nuevo paradigma en cuanto a la nutrición, alejándose de la epidemiología clásica y la fisiología y acercándose más a la biología molecular y la genética.
Las complejas interacciones microbianas permiten que se comuniquen entre sí o con el hospedador para mantener sus nichos ecológicos y la homeostasis con el hospedador.
Las interacciones microbianas pueden ser mutualistas o antagonistas y, por tanto, cooperan para la transferencia génica horizontal y la formación de biofilms, o compiten por los nutrientes, combatiendo con otras especies o patógenos mediante la expresión de bacteriocinas, microcinas y colicinas.
Las nuevas moléculas de PQ descubiertas han demostrado ser útiles en el tratamiento de enfermedades frente a las que opciones convencionales no son eficaces. Asimismo, la producción de alimentos seguros y libres de patógenos, ha recibido cada vez más atención debido a las demandas crecientes del mercado y regulatorias por productos comestibles de origen animal con alta calidad y libres de residuos químicos y antibióticos.
A parte de sus potenciales aplicaciones antimicrobianas, se está investigando qué otras aplicaciones terapéuticas podrían tener las moléculas derivadas de la percepción de quórum, especialmente los péptidos, en ámbitos como la inmunología, trastornos del sistema nervioso central y la oncología.
[/registrados]