Cómo la industrialización modifica nuestra flora intestinal

El conjunto de bacterias, virus y hongos que existen dentro y sobre un organismo multicelular conforma su microbioma natural. Las interacciones entre el cuerpo y estos microorganismos influyen de manera significativa en las funciones y la salud del organismo huésped. Entre otras cosas, los investigadores han demostrado que el microbioma desempeña un papel importante, por ejemplo, en la defensa frente a los patógenos. Por otra parte, sospechan que los desequilibrios en la composición del microbioma están relacionados con el desarrollo de las denominadas enfermedades ambientales, como la inflamación crónica. Sin embargo, varias cuestiones clave en la investigación sobre el microbioma siguen sin respuesta: por ejemplo, ¿qué constituye exactamente un microbioma saludable?, ¿qué factores internos y externos pueden alterarlo? y ¿en qué se diferencia de una persona a otra, especialmente entre personas con diferentes estilos de vida y procedencias geográficas?

En la Facultad de Medicina de la Universidad de Kiel y en el Hospital Universitario de Schleswig-Holstein (UKSH), Campus de Kiel, la profesora Mathilde Poyet, del Instituto de Medicina Experimental (IEM), y el profesor Mathieu Groussin, del Instituto de Biología Molecular Clínica (IKMB), están trabajando en estos retos junto con sus grupos de investigación. Partiendo de la hipótesis de que los microbiomas difieren en función del origen de un grupo poblacional, investigan específicamente cómo la geografía, el estilo de vida y el grado de industrialización afectan a la colonización microbiana del intestino humano. Para abordar estas cuestiones, fundaron hace diez años la Global Microbiome Conservancy (GMbC). Esta iniciativa científica global se ha comprometido, mediante la recogida de muestras microbianas en todo el mundo, a estudiar y conservar toda la diversidad del microbioma intestinal humano.

Los investigadores con sede en Kiel, que dirigen el Kiel Metaorganism Center (KMC) como parte del área de investigación prioritaria de la Universidad de Kiel, Kiel Life Science (KLS), y que también participan activamente en el Centro de Investigación Colaborativa (CRC) 1182 «Origen y función de los metaorganismos», así como en el Clúster de Excelencia «Medicina de precisión en la inflamación crónica» (PMI), han publicado estos artículos conjuntos en colaboración con varios expertos internacionales. En estas publicaciones, han analizado sistemáticamente factores clave como la geografía, el estilo de vida, la dieta y la genética como efectos acumulativos de la civilización sobre el microbioma humano y las bacterias intestinales individuales. En particular, han podido revelar que la industrialización y los cambios en el estilo de vida asociados a ella provocan un drástico empobrecimiento y una fuerte homogeneización de la biodiversidad del microbioma.

Además, el equipo de investigación de Kiel ha podido demostrar que, además de las perturbaciones observadas a nivel de las comunidades microbianas, los genomas microbianos individuales también mutan en respuesta al nivel de industrialización del huésped. Por ejemplo, un estilo de vida altamente industrializado da lugar a un aumento del tamaño de los genomas bacterianos, debido al mayor intercambio genético entre microbios. Cabe destacar que ambos artículos, que incluyen contribuciones de colegas del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de numerosas instituciones internacionales asociadas a la iniciativa GMbC, se han publicado hoy de forma paralela en la prestigiosa revista *Cell*.

Un alto grado de industrialización da lugar a una menor diversidad y a una mayor homogeneidad


La colonización microbiana del intestino humano está sujeta a numerosos factores endógenos y exógenos. Algunos de ellos solo pueden modificarse de forma indirecta y a largo plazo, como la genética del huésped, mientras que otros dependen en gran medida del estilo de vida individual. En los estudios actuales, los investigadores analizaron datos de la colección de muestras del GMbC en relación con el grado de industrialización y también tuvieron en cuenta el estilo de vida, la genética microbiana y la dieta como factores que influyen directamente en la composición del microbioma. Según los investigadores, aunque todas estas influencias interactúan fuertemente entre sí, también contribuyen de forma individual a las variaciones en el microbioma intestinal.

«La conclusión clave de nuestros análisis es que el denominado estilo de vida industrializado da lugar a comunidades microbianas más homogéneas y menos diversas en nuestro intestino», subraya Groussin. «Esto significa que dos personas de Kiel (Alemania) y Kuala Lumpur (Malasia) presentan composiciones de especies bacterianas muy similares, a pesar de vivir en lugares geográficamente distantes y de tener dietas, antecedentes genéticos y culturas muy diferentes».

Los microbiomas industrializados se alteran con mayor facilidad y se asocian a niveles elevados de marcadores de enfermedad


En una etapa posterior, los científicos investigaron si las alteraciones en la diversidad y la composición asociadas a la industrialización podrían dar lugar a cambios en la forma en que las bacterias coexisten e interactúan. Descubrieron que las redes de coexistencia de bacterias se concentran en torno a un número más reducido de bacterias, con menores niveles de respaldo funcional. «En definitiva, esto significa que, si la comunidad se ve alterada y se pierden estas especies clave, podría no haber un respaldo funcional por parte de otras especies de la comunidad para mantener la productividad metabólica y la estabilidad de la misma», señala Poyet.

Además, los investigadores pudieron detectar niveles elevados de los denominados marcadores inflamatorios en muestras de personas que viven en sociedades altamente industrializadas; es decir, firmas moleculares específicas asociadas a respuestas de estrés en el intestino. Entre ellas se incluye, por ejemplo, una respuesta inmunitaria aumentada, especialmente en la capa mucosa del intestino, que los investigadores interpretan como una reacción a los cambios en la composición del microbioma. «La presencia tanto de marcadores inflamatorios elevados como de patrones distintivos en la respuesta inmunitaria sugiere que un microbioma alterado por un estilo de vida industrializado puede ejercer una fuerte influencia en la fisiología del huésped —y, por lo tanto, contribuir potencialmente al desarrollo de enfermedades», subraya el profesor Philip Rosenstiel, director del Instituto de Biología Molecular Clínica y coautor del primer estudio.

En el futuro, los investigadores de Kiel pretenden investigar en detalle qué cambios específicos podrían hacer que el microbioma moldeado por la industrialización se vea alterado con mayor facilidad, lo que posteriormente conduciría al desarrollo de enfermedades o a una mayor susceptibilidad a las infecciones. Para ello, el biobanco del GMbC, con sus microbiomas conservados de todo el mundo, les proporciona un recurso vital que permite llevar a cabo estas investigaciones mecanistas más exhaustivas dentro de sus contextos geográficos.

La influencia del estilo de vida en los genomas bacterianos


En el segundo estudio, los investigadores compararon diez especies bacterianas seleccionadas de los microbiomas de poblaciones no industrializadas frente a las de poblaciones industrializadas y las examinaron en busca de cambios genéticos que pudieran estar relacionados con el estilo de vida. «En todos los microorganismos analizados, observamos que un estilo de vida industrializado conduce a un mayor tamaño del genoma y a una mayor plasticidad genómica. Esto significa que el genoma sufre más cambios, como, por ejemplo, una mayor frecuencia de intercambio genético a través de la transferencia horizontal de genes, lo que puede ayudar a las bacterias a adquirir rápidamente nuevas funciones para adaptarse a las perturbaciones», afirma el Dr. Malte Rühlemann, investigador posdoctoral del laboratorio de Groussin. «Más allá de las transferencias genéticas, hemos encontrado una gran diversidad de mutaciones genómicas asociadas a la industrialización, incluidas mutaciones individuales del ADN que alteran la secuencia y la función de proteínas implicadas en la respuesta al estrés y en la respuesta metabólica al entorno», según Poyet.

En resumen, con su nueva publicación doble, los investigadores han presentado, por primera vez, un estudio exhaustivo sobre cómo los estilos de vida industrializados afectan profundamente al complejo sistema del microbioma intestinal en diferentes niveles de organización, desde las comunidades microbianas hasta los genomas individuales de los microbios. De cara al futuro, al tiempo que amplían la cohorte del GMbC a otros países de todo el mundo, pretenden investigar más a fondo los mecanismos subyacentes a las alteraciones del microbioma asociadas a la industrialización que podrían estar en el origen del aumento de las enfermedades crónicas observado a escala mundial.