Microbioma humano

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El microbioma humano es la totalidad de todos los microbios que habitan en el cuerpo humano [1] , incluidas áreas como la piel, las glándulas mamarias, los genitales, los pulmones, las membranas mucosas, los fluidos corporales, el tracto biliar y el tracto gastrointestinal .

El microbioma humano incluye bacterias , arqueas , hongos , protistas y virus [2] . En el contexto de la genómica , el término "microbioma humano" a veces se usa para referirse a los genomas colectivos de microorganismos residentes; [3] Sin embargo, el término metagenoma humano tiene el mismo significado.

La primera estimación del número de microorganismos que habitan en humanos sugiere que el número de células microbianas es diez veces mayor que el número de células humanas, sin embargo, estimaciones posteriores han reducido esta proporción a 3:1 o incluso aproximadamente al mismo número. [4] [5] [6] [7] Parte de los microorganismos en el cuerpo humano son comensales , es decir, coexisten sin causar daño a los humanos; otros tienen relaciones mutalistas (mutuamente beneficiosas) con sus amos. [3] [8] Por el contrario, algunos microorganismos no patógenos pueden dañar el cuerpo humano a través de los metabolitos que producen, como la trimetilamina , que el cuerpo humano convierte en N-óxido de trimetilamina a través del complejo oxidante FMO3 . [9] [10] Ciertos microorganismos realizan una serie de tareas muy importantes que se sabe que son beneficiosas para el huésped humano, pero el papel de la mayoría de ellos no se comprende bien. A veces se considera que una microbiota normal es aquella que debería estar presente en circunstancias normales sin causar enfermedad. [3]

Para el análisis de la microbiota humana se llevó a cabo el proyecto Microbioma Humano , resolviendo una serie de problemas como la secuenciación y análisis del genoma de la microbiota humana, centrándose en la microbiota que habita en la piel, boca, nariz, tracto digestivo y vagina. [3] Alcanzó un hito en 2012 cuando publicó sus resultados iniciales. [once]

Terminología

Aunque términos como flora o microflora se usan a menudo en la literatura, en términos técnicos es un nombre inapropiado, ya que la raíz de la palabra flora se refiere a las plantas, mientras que el término biota se refiere a la totalidad de los organismos en un ecosistema particular. Actualmente se utiliza  el término más apropiado microbiota , aunque su uso no ha opacado el uso y reconocimiento establecido de la flora en relación con las bacterias y otros microorganismos. Ambos términos se utilizan en diversas publicaciones. [ocho]

Números relativos

A partir de 2014, varias fuentes han informado con frecuencia que la cantidad de células microbianas en el cuerpo humano es aproximadamente 10 veces mayor que la cantidad de células humanas. Esta cifra se basa en estimaciones de que el microbioma humano contiene alrededor de 100 billones de células bacterianas y 10 billones de células propias de un adulto. [4] En 2014, la Academia Estadounidense de Microbiología publicó una pregunta frecuente que destaca que los recuentos de células microbianas y los recuentos de células humanas son aproximados. También señalaron que estudios recientes arrojaron una nueva estimación del recuento de células humanas de aproximadamente 37,2 billones, lo que significa que la proporción de células microbianas a células humanas en la estimación original de 100 billones de células bacterianas es correcta, más cercana a 3:1 . 4] [5 ] En 2016, otro grupo científico realizó una nueva estimación, que muestra que la proporción es de aproximadamente 1: 1. [7] [6]

Investigación

El problema de la definición del microbioma está relacionado con la identificación de los miembros de la comunidad microbiana, que incluye bacterias, eucariotas y virus. [12] El ADN se utiliza principalmente para identificar estas comunidades, aunque también se sabe que se utilizan ARN, proteínas y metabolitos. [12] [13] Los estudios de microbiomas basados ​​en ADN generalmente se pueden atribuir a estudios metagenómicos recientes que utilizan el método de secuenciación de escopeta . Este método es un enfoque metagenómico completo que también se puede utilizar para estudiar el potencial funcional de varias comunidades. [12] Uno de los problemas que está presente en la investigación del microbioma humano es que el ADN humano no está involucrado en la investigación. [catorce]

Una de las principales preguntas, más allá de simplemente analizar el microbioma humano, es si existe un "esqueleto" común o si existe un grupo común de microorganismos que favorecen la diversidad de especies en los humanos. [15] [16] Si tal esqueleto existe, entonces sería posible identificar enfermedades emergentes dependiendo del cambio en la composición de especies, que es uno de los objetivos del Proyecto Microbioma Humano. Se sabe que el microbioma humano (microbioma intestinal) es muy variable y exclusivo de todos los humanos, lo que también se observó en grupos de prueba de ratones. [ocho]

El 13 de junio de 2012, el director de los NIH , Francis Collins , hizo una declaración sobre la importancia del Proyecto Microbioma Humano (HMP). [11] El anuncio estuvo acompañado por una serie de artículos científicos publicados en Nature [17] [18] y Public Library of Science (PLoS) el mismo día. Al analizar el mapa del microbioma de individuos sanos utilizando técnicas de secuenciación del genoma, los científicos crearon una base de datos de referencia para las variaciones normales en las comunidades microbianas. Se recogieron más de 5.000 muestras biológicas de 242 voluntarios sanos, extraídas de diversas partes del cuerpo. Como resultado, se hizo un análisis del ADN completo de una persona y de la microbiota que la habita. Dichos datos podrían interpretarse mediante la identificación de genes para el ARN ribosomal bacteriano, 16S rRNA . Los investigadores han identificado que más de 10 000 especies de microorganismos conforman un ecosistema complejo en los humanos, identificando entre el 81 y el 99 % de los géneros en dicho ecosistema.

Método de escopeta

A menudo no es posible cultivar una gran variedad de bacterias , arqueas o virus en un entorno de laboratorio. La solución al problema es la introducción de tecnologías de secuenciación utilizadas en la tecnología metagenómica . El análisis de la imagen completa del funcionamiento y la caracterización de cepas microbianas específicas tienen un gran potencial para descubrimientos en la terapia y el diagnóstico de condiciones de salud. [19]

Recolección de muestras y aislamiento de ADN

El principal desafío es recolectar suficiente ADN microbiano para el análisis mientras se mantiene la pureza de la muestra; por esta razón, se utilizan varios métodos de enriquecimiento. En particular, el método de extracción de ADN es una herramienta universal cuando se trabaja con cada cepa bacteriana , donde es importante aislar regiones estables del genoma que no son susceptibles de una lisis rápida . Generalmente se prefiere la destrucción mecánica a la destrucción química. [19]

Preparación y secuenciación de la biblioteca de datos

Las plataformas más utilizadas para la secuenciación de reacciones son Illumina , Ion Torrent , Oxford Nanopore MinION y Pacific Bioscience Sequel. No hay ninguna indicación sobre la cantidad correcta de muestra a utilizar. [19]

Ensamblaje del metagenoma

Aunque el enfoque se usa activamente, hay algunas dificultades que deben superarse. La cobertura depende de la abundancia de cada genoma en su comunidad particular; los genomas con baja abundancia pueden fragmentarse si la profundidad de la secuenciación es insuficiente (utilizada para evitar lagunas). Afortunadamente, existen ensambladores que facilitan la búsqueda de correlaciones para el metagenoma, porque si hay cientos de cepas presentes, la profundidad de secuenciación debe maximizarse. [19]

binning contig

No se sabe a priori de qué genoma procede cada contig , ni el número de genomas presentes en la muestra. El objetivo principal de este paso es separar contigs en diferentes tipos. Los métodos subyacentes para realizar este análisis pueden ser supervisados ​​(p. ej., bases de datos con secuencias conocidas) o no supervisados ​​(búsqueda directa de grupos contig en los datos recopilados). Sin embargo, ambos métodos requieren una métrica para determinar la puntuación de similitud entre un contig particular y el grupo en el que debe colocarse, y un algoritmo para transformar la similitud en la distribución del grupo. [19]

Análisis de los resultados después del procesamiento

Se deben realizar una serie de análisis estadísticos como ANOVA para confirmar los resultados. Tales pruebas pueden evaluar y determinar el grado de diferencia entre diferentes grupos. Si las pruebas están vinculadas a herramientas gráficas, los resultados se pueden interpretar fácilmente para facilitar la presentación y la comprensión. [19]

Una vez que el metagenoma resultante se ensambla en la secuencia correcta, se puede obtener el potencial funcional del microbioma. Hay una serie de problemas en la computación de dichos sistemas, ya que los sistemas de ensamblaje del metagenoma son de menor calidad debido a la complejidad de dichos sistemas, y muchos genes pueden estar incompletos o fragmentados. Después del paso de identificación de genes, los datos se pueden usar para realizar anotaciones funcionales mediante la alineación múltiple de genes objetivo con bases de datos de ortólogos. [veinte]

Análisis de marcadores de genes

Esta es una técnica en la que se utilizan cebadores para apuntar a una región genética específica con el fin de establecer una serie filogenética . El dominio genético se caracteriza por una región muy variable que puede proporcionar una identificación detallada. Junto con esto, también hay regiones conservadas que funcionan como sitios de unión para los cebadores utilizados en la PCR . El gen principal que caracteriza a las bacterias y arqueas es el gen 16S rRNA , mientras que la identificación de hongos se basa en el espaciador transcrito interno (ITS). Este método es rápido y suficiente para obtener una clasificación de la comunidad microbiana. Además, el método es adecuado para ADN contaminado (contaminación del huésped). La afinidad de los cebadores varía entre todas las secuencias de ADN, lo que puede generar sesgos durante la reacción de amplificación. Por lo tanto, la optimización de la selección de cebadores puede ayudar a reducir dichos errores, dado el pleno conocimiento de los microorganismos presentes en la muestra y su abundancia relativa. [21]

El análisis de marcadores genéticos puede depender de la elección del cebador; en este tipo de análisis, es deseable realizarlo dentro de un protocolo bien validado (por ejemplo, el que se utiliza en el Earth Microbiome Project ). El primer paso en este análisis es la eliminación de errores de secuenciación. Muchas plataformas de secuenciación son muy fiables, pero gran parte de la aparente diversidad de secuencias todavía se debe a errores en el proceso de secuenciación. Para reducir la cantidad de estos errores, puede usar la combinación de secuencias en una Unidad taxonómica operativa (OTU), que ya se usa en el siguiente paso. Pero este método descarta los SNP a medida que se fusionan en una OTU. Otro enfoque se basa en la oligotipificación , que incluye información específica sobre la secuenciación del ARNr 16s para detectar pequeñas variaciones de nucleótidos y distinguir taxones distintos estrechamente relacionados. Estos métodos dan como resultado una tabla de secuencias de ADN y el número de secuencias diferentes por muestra. [21]

Otro paso importante en el análisis es la asignación de un nombre taxonómico a las secuencias microbianas. Esto se hace utilizando enfoques de aprendizaje automático que logran una precisión a nivel de género de aproximadamente el 80 %. Otros paquetes de análisis populares brindan soporte para la clasificación taxonómica utilizando coincidencias exactas con bases de datos de referencia y deberían proporcionar más especificidad pero tener una menor sensibilidad. [21]

Análisis filogenético

Muchos métodos basados ​​en suposiciones filogenéticas utilizan genes 16Sp RNA para arqueas y bacterias y genes 18SRNA para células eucariotas. Los métodos comparativos filogenéticos se basan en la comparación de muchos caracteres en microorganismos; el principio es éste: cuanto más estrechamente están relacionados, más tienen en común. Por lo general, estos métodos se utilizan con mínimos cuadrados filogenéticos generalizados u otros análisis estadísticos para obtener resultados más significativos. Esto generalmente se hace a través de la aplicación PICRUSt utilizando bases de datos existentes. [22]

La conciencia de distancia filogenética generalmente se realiza con UniFrac o herramientas similares, como el índice Sorezen o el índice Rao para cuantificar las diferencias entre diferentes comunidades. Todos estos métodos se ven afectados negativamente por la transferencia horizontal de genes (HGT), ya que puede introducir errores y conducir a correlaciones entre especies distantes. Hay varias formas de reducir el impacto negativo de la HGT: usar múltiples genes o herramientas computacionales para estimar la probabilidad de supuestos eventos de HGT.

Tipos de microbios

Bacterias

Las bacterias y los hongos habitan en la piel y las membranas mucosas en varias partes del cuerpo. Su papel es parte de la construcción de una fisiología humana normal y saludable, sin embargo, si las poblaciones microbianas se encuentran fuera de su rango típico (a menudo debido a un sistema inmunológico comprometido), o si los microbios colonizan (por ejemplo, debido a una mala higiene o lesiones) áreas de el cuerpo, generalmente no colonizado o estéril (por ejemplo, sangre o tracto respiratorio inferior o cavidad abdominal), puede provocar enfermedades graves (causando, respectivamente, bacteriemia/sepsis, neumonía y peritonitis). [23]

Los resultados del trabajo del proyecto Microbioma Humano mostraron que las personas contienen miles de especies de bacterias con sus propias características en diferentes partes del cuerpo. Áreas como la piel y la vagina tienen menos diversidad de especies que la boca y los intestinos, donde la diversidad es extremadamente alta. Además, las bacterias de la misma especie que se encuentran en la cavidad bucal tienen varios subtipos que viven en diferentes lugares de la cavidad bucal. [24] [25]

Se ha estimado que las 500 a 1000 especies de bacterias que viven en el intestino humano pertenecen a varios grupos: predominan las Firmicutes y Bacteroidetes , pero también se encuentran Proteobacteria , Verrumicrobia , Actinobacteria , Fusobacteria y Cyanobacteria . [26]

Varias bacterias, como Actinomyces viscosus y A. naeslundii , viven en la boca y forman parte de una sustancia pegajosa llamada placa . Si no se eliminan durante el cepillado, toda la masa se endurece y forma sarro . Algunas bacterias secretan una variedad de ácidos que disuelven el esmalte dental y causan caries .

La microflora de la vagina se compone principalmente de varias especies de lactobacilos . Durante mucho tiempo se pensó que la más común de estas especies era Lactobacillus acidophilus , pero más tarde se demostró que L. iners era en realidad la más común , seguida de L. crispatus . Otros lactobacilos que se encuentran en la vagina son L. jensenii , L. delbruekii y L. gasseri . La alteración de la microflora de la vagina puede provocar infecciones como la vaginosis bacteriana o la candidiasis .

Arqueas

Las arqueas están presentes en el intestino humano, pero en cantidades mucho menores que las bacterias . [27] El grupo predominante son los metanógenos , en particular Methanobrevibacter smithii y Methanosphaera stadtmanae . [28] Sin embargo, solo alrededor del 50% de los humanos tienen variedades fácilmente detectables de estas arqueas. [29]

A partir de 2007 no se han encontrado ejemplos claros de patógenos [ 30] [31] a pesar de que se ha propuesto una relación entre la presencia de algunos metanógenos y la periodontitis . [32]

Champiñones

Los hongos, en particular las levaduras , están presentes en el intestino humano. [33] [34] [35] [36] Las cepas de Candida más estudiadas se deben a su capacidad para volverse patógenas en inmunodeficiencias , o incluso para causar alteraciones en un huésped sano. [34] [35] [36] Algunos hongos colonizan la piel, [33] como las cepas de Malassezia , donde consumen aceites producidos por las glándulas sebáceas . [37] [38]

Virus

Los virus, especialmente los virus bacterianos ( bacteriófagos ), habitan en varias áreas del cuerpo, incluida la piel, [39] los intestinos, [40] los pulmones, [41] la cavidad oral. [42] Los virus se han relacionado con varias enfermedades. Los virus reflejan la complejidad de las relaciones con las comunidades bacterianas. [43] [44] [45]

Zonas anatómicas

Piel

Un estudio de 20 parches de piel en cada uno de diez individuos sanos reveló 205 géneros identificados en 19 filos bacterianos, con la mayoría de las bacterias pertenecientes a cuatro filos: Actinobacteria (51,8%), Firmicutes (24,4%), Proteobacteria (16,5%) y Bacteroidetes (6,3% ). [46] En la piel humana sana, una gran cantidad de géneros de hongos están presentes con algunos cambios en las áreas del cuerpo; sin embargo, bajo condiciones patológicas, ciertos géneros tienden a dominar el área afectada (por ejemplo, en la dermatitis atópica , predomina Malassezia ). [33]

La piel sirve como barrera para evitar la penetración de microbios patógenos, siendo su hábitat permanente o temporal. Los tipos de microorganismos residentes difieren según el tipo de piel del cuerpo humano. La mayoría de los microbios residen en las células superficiales de la piel o prefieren unirse a las glándulas (glándulas sebáceas o sudoríparas) ya que les suministran agua, aminoácidos, ácidos grasos y otros nutrientes. [3]

La membrana mucosa de los ojos

Un pequeño número de hongos y bacterias están comúnmente presentes en la conjuntiva [33] [47] incluyendo cocos Gram-positivos ( Staphylococcus y Streptococcus ), cocos y bacilos Gram-negativos ( Haemophilus y Neisseria ) [47] y hongos ( Candida , Aspergillus , y Penicillium . [33] Las lágrimas contienen bactericidas como la lisozima , por lo que es difícil que los microorganismos sobrevivan y colonicen las superficies epiteliales .

Tracto gastrointestinal

El microbioma humano aparece al nacer y depende de cómo nació el niño. [48] Por ejemplo, tener hijos por cesárea introduce más microflora patógena, como Escherichia coli y Staphylococcus , y aumenta en gran medida el tiempo para el desarrollo de microbiota beneficiosa no patógena. [49] Los bebés que nacen por vía vaginal tienen una microbiota beneficiosa normal, no patógena, similar en composición a la de la madre. [cincuenta]

La relación entre la microbiota intestinal y el cuerpo humano no es solo comensal (coexistencia inofensiva) sino mutualista (mutuamente beneficiosa). [3] Algunos microorganismos en el intestino ayudan al huésped a convertir varias fibras dietéticas en ácidos grasos de cadena corta , como el ácido acético o el ácido butírico , que luego son absorbidos por el cuerpo humano. [8] [51] Las bacterias intestinales desempeñan un papel importante en la síntesis de la vitamina B y la vitamina K , y también metabolizan los ácidos biliares , los esteroles y los xenobióticos . [3] [51] Como resultado de los ciclos metabólicos, las bacterias producen sustancias similares a las hormonas , y aparentemente la microbiota funciona como una glándula endocrina . [51] La desregulación de la microbiota intestinal se ha relacionado con una variedad de afecciones inflamatorias y autoinmunes. [8] [52]

La composición de la flora intestinal de una persona cambia con el tiempo a medida que cambia la dieta y también como cambia la salud en general. [8] [52] Una revisión sistemática de 15 ensayos controlados aleatorios en humanos desde julio de 2016 encontró que algunas cepas comercialmente disponibles de bacterias probióticas de los géneros Bifidobacterium y Lactobacillus ( B. longum , B. breve , B. infantis , L. helveticus , L. rhamnosus , L. plantarum y L. casei ) cuando se toman por vía oral en dosis diarias de 10 9 -10 10 unidades formadoras de colonias (UFC) durante 1-2 meses, tienen efectos terapéuticos (es decir, mejoran los resultados conductuales) en ciertos trastornos del sistema nervioso central  , que incluyen ansiedad , depresión , trastornos del espectro autista y trastorno obsesivo-compulsivo,  y mejora ciertos aspectos de la memoria . [53] Sin embargo, los cambios en el microbioma también pueden causar condiciones de salud perjudiciales. En el trabajo de Musso et al., se encontró que la microbiota intestinal de las personas obesas tenía más Firmicutes y menos Bacteroidetes que las personas sanas. [54] Otro estudio de Gordon et al., confirmó que es la composición de la microbiota la que causa la obesidad, y no al revés. Esto se hizo trasplantando la microbiota intestinal de ratones obesos, o ratones con una dieta especial, a ratones de control privados de microbioma. Descubrieron que los ratones trasplantados con microbiota intestinal de ratones obesos tenían niveles de grasa significativamente más altos cuando se alimentaban con la misma dieta que los ratones trasplantados con el microbioma de animales con dieta. [55]

Uretra y Vejiga

Parece que hay una microbiota en el sistema genitourinario [56] [57] lo cual es inesperado debido a la falta de resultados cuando se analiza mediante métodos clásicos de cultivo microbiológico de laboratorio para detectar infección del tracto urinario ; . [58] Los métodos de cultivo clásicos no detectan muchos tipos de bacterias y otros microorganismos . [58] Sin embargo, con base en métodos de secuenciación , se ha realizado la identificación de microorganismos para determinar si existen diferencias en la microbiota entre individuos sanos y aquellos con problemas del tracto urinario. [56] [57]

Vagina

La microbiota vaginal incluye organismos que juegan un papel importante en la protección contra infecciones y el mantenimiento de la salud vaginal. [59] Los microorganismos más comunes encontrados en mujeres premenopáusicas pertenecen al género Lactobacillus , que inhiben el crecimiento de organismos patógenos al producir peróxido de hidrógeno y ácido láctico. [60] [59] [61] La composición de la microbiota depende en gran medida de la etapa del ciclo menstrual . [3] [62] Se ha establecido una asociación entre las relaciones sexuales, el uso de antibióticos y la pérdida de lactobacilos en las mujeres. [61] Además, los estudios han demostrado que las relaciones sexuales con preservativo parecen alterar el nivel de lactobacilos y aumentar el nivel de E. coli en la vagina. [61] Todos los cambios que ocurren en la microbiota vaginal sana pueden indicar el desarrollo de diversas infecciones, incluidas la candidiasis o la vaginosis bacteriana . [33] [60] [36]

Placenta

Hasta hace poco, la placenta se consideraba estéril, pero se han identificado varias bacterias no patógenas en el tejido placentario. [63] [64] [65]

Útero

Hasta hace poco tiempo, el tracto reproductivo superior femenino se consideraba un ambiente estéril. Una variedad de microorganismos habitan en el útero de mujeres sanas y asintomáticas en edad reproductiva. El microbioma del útero es significativamente diferente del microbioma de la vagina y el tracto gastrointestinal. [66]

Cavidad bucal

La cavidad bucal proporciona las condiciones necesarias para el crecimiento de microorganismos, entre ellas agua, nutrientes y una temperatura adecuada. [3] Las bacterias anaeróbicas en la cavidad oral incluyen: Actinomyces , Arachnia , Bacteroides , Bifidobacterium , Eubacterium , Fusobacterium , Lactobacillus , Leptotrichia , Peptococcus , Peptostreptococcus , Propionibacterium , Selenomonas , Veillella , Trepone . [67] Los géneros fúngicos incluyen, entre otros: Candida , Cladosporium , Aspergillus , Fusarium , Glomus , Alternaria , Penicillium y Cryptococcus . [33]

Las bacterias se acumulan en los tejidos duros y blandos de la cavidad oral, en una biopelícula , lo que les permite adherirse. Como resultado, reciben protección contra factores ambientales y agentes antimicrobianos. [68] La saliva juega un papel clave en el mantenimiento de las condiciones para el crecimiento de biopelículas y la recolonización bacteriana mediante el suministro de nutrientes y la regulación de la temperatura. También controla el crecimiento de microorganismos lavando parte de la biopelícula. [69] [70]

Las bacterias en la boca han desarrollado mecanismos para detectar su entorno y evitar cambios en el huésped. Sin embargo, el sistema de defensa humano innato altamente efectivo controla constantemente la colonización bacteriana y evita la invasión bacteriana de los tejidos locales. Existe un equilibrio dinámico entre las bacterias de la placa y el sistema de defensa innato del cuerpo. [71]

Un equilibrio saludable es una especie de simbiosis, cuando los microbios de la cavidad bucal limitan el crecimiento y la adherencia de los patógenos, y el cuerpo humano proporciona las condiciones para su crecimiento y desarrollo. [72] [68] Cambiar la vida de una persona, incluido su sistema inmunológico, la nutrición, la transformación de la composición de las especies, altera este equilibrio de mutuamente beneficioso a parásito. [68] Se ha demostrado que la diabetes mellitus y las enfermedades cardiovasculares están asociadas con la salud bucal. [72]

La higiene oral regular es el método principal para prevenir el desarrollo de diversas enfermedades. [72] Limpiar la boca reduce el crecimiento excesivo de bacterias patógenas potenciales. [70] Sin embargo, la higiene oral adecuada puede no ser suficiente, ya que es un sistema complejo en el que se deben tener en cuenta la respuesta inmune, la genética y la composición de especies. [70] Los antibióticos se pueden usar para combatir infecciones, pero es posible que no sean efectivos contra las biopelículas. [70]

Pulmones

Al igual que con la cavidad oral, los sistemas respiratorios superior e inferior tienen medios mecánicos para eliminar los gérmenes. Las células caliciformes producen secreciones que atrapan microbios y los sacan del sistema respiratorio a través de células epiteliales ciliadas en continuo movimiento. Junto con esto, el efecto bactericida se logra por el contenido de lisozima en el moco. [3] La microbiota pulmonar pertenece a 9 géneros: Prevotella , Sphingomonas , Pseudomonas , Acinetobacter , Fusobacterium , Megasphaera , Veillonella , Staphylococcus y Streptococcus . Se cree que algunas de estas bacterias "normales" pueden causar enfermedades muy graves, especialmente en personas inmunodeprimidas. Las bacterias incluyen: Streptococcus pyogenes , Haemophilus influenzae , Streptococcus pneumoniae , Neisseria meningitidis y Taphylococcus aureus . Los géneros de hongos que componen el micobioma pulmonar incluyen Candida , Malassezia , Neosartorya , Saccharomyces , Aspergillus y otros. [33]

En las personas con fibrosis quística se observa una distribución inusual de géneros bacterianos y fúngicos en el tracto respiratorio . [33] [73] Su entorno bacteriano a menudo contiene bacterias resistentes a los antibióticos y de crecimiento lento, y la frecuencia de estos patógenos varía con la edad. [73]

Tracto biliar

Tradicionalmente se cree que la vía biliar suele ser estéril, y la presencia de microorganismos en la bilis es un marcador del proceso patológico. Esta suposición fue apoyada por la falla en aislar las cepas bacterianas del conducto biliar normal. En 2013, se demostró que la microbiota normal del tracto biliar es una capa funcional separada que protege el tracto biliar de la colonización por microorganismos exógenos.

Enfermedad y muerte

Los estudios metagenómicos y epidemiológicos muestran un papel importante del microbioma humano en la prevención de una amplia gama de enfermedades, desde la diabetes tipo 2, la obesidad, la enfermedad inflamatoria intestinal hasta la enfermedad de Parkinson e incluso enfermedades psiquiátricas como la depresión. [74] La relación simbiótica entre la microbiota intestinal y varias bacterias puede influir en la respuesta inmunitaria humana. [75] Algunos estudios sugieren que el tratamiento de corrección del microbioma puede ser eficaz en el tratamiento de la diabetes [76] .

Cáncer

Aunque el cáncer es una mezcla de enfermedades genéticas y factores ambientales, los microbios están involucrados en el 20% de los casos de cáncer. [77] Algunos factores en el cáncer de colon muestran que hay un millón de veces más bacterias en el colon que en el intestino delgado , y alrededor de 12 veces más cánceres en el colon que en el intestino delgado, lo que posiblemente establezca un papel patógeno en la microbiota rectal . cáncer , [78] El análisis microbiano se puede utilizar como una herramienta de pronóstico en la evaluación del cáncer colorrectal. [78]

La microbiota puede influir en la carcinogénesis de tres formas principales: (i) alterando el equilibrio de proliferación y muerte de células tumorales, (ii) regulando la función del sistema inmunitario y (iii) influyendo en el metabolismo al alterar la digestibilidad de los alimentos y productos farmacéuticos ingeridos. [78] Los tumores que se desarrollan en diferentes sitios generalmente involucran a la microbiota. Los microbios en estos lugares se adaptan mejor en función del contenido reducido de oxígeno o una fuente de nutrición adicional. La disminución de las poblaciones de microbios específicos o el estrés oxidativo inducido pueden aumentar el riesgo de cáncer. [77] [78] De los 1030 microbios conocidos, 10 han sido identificados como cancerígenos por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer . [77] [78] Las bacterias pueden secretar proteínas u otros factores que controlan directamente la proliferación de células humanas, lo que puede mejorar o debilitar el sistema inmunitario del huésped, lo que incluye causar inflamación aguda o crónica.

Un desequilibrio entre el huésped y la microbiota reduce la resistencia a la malignidad, lo que posiblemente cause inflamación y cáncer. Después de superar las barreras protectoras, los microbios inducen programas proinflamatorios o inmunosupresores de diversas formas. [77] Por ejemplo, los microbios relacionados con el cáncer parecen activar la señalización de NF-κΒ en el microambiente tumoral. Otros receptores, como los receptores de tipo Nod, pueden desempeñar un papel en la mediación del cáncer colorrectal. [77] De manera similar , Helicobacter pylori a parece aumentar el riesgo de cáncer gástrico debido a su respuesta inflamatoria crónica en el estómago. [78]

Enfermedad inflamatoria intestinal

La enfermedad inflamatoria intestinal incluye la colitis ulcerosa y la enfermedad de Crohn. Estas enfermedades van acompañadas de un trastorno en la composición de la microbiota intestinal (también conocida como disbiosis ) y se manifiestan como una disminución de la diversidad microbiana en el intestino. [79] [80] Se ha encontrado que la disbiosis se correlaciona con defectos genéticos del huésped que alteran la respuesta inmunitaria innata en humanos. [79]

Virus de la inmunodeficiencia humana

El desarrollo de la enfermedad del VIH afecta el cambio en la microbiota intestinal. El virus altera la integridad de la barrera epitelial al afectar las uniones estrechas . Estos trastornos conducen al desarrollo de inflamación en personas con VIH. [81]

La microbiota vaginal juega un papel en la transmisión del VIH. Existe un mayor riesgo de contraer la enfermedad si una mujer tiene vaginosis bacteriana . Sin embargo, se observa una disminución de la infectividad con un aumento en el nivel de Lactobacillus vaginal , lo que contribuye al desarrollo de un estado antiinflamatorio. [81]

Migración

La investigación preliminar sugiere que pueden ocurrir cambios inmediatos en el microbioma de una persona cuando se muda a otro país. [82] [83] Se encontró que la disminución en la diversidad de especies fue significativamente mayor en personas con obesidad e hijos de emigrantes. [82] [83]

Análisis del microbioma

Actualmente, se están implementando soluciones comerciales para el análisis del microbioma humano en todo el mundo. Las empresas biotecnológicas prestan servicios de análisis y análisis de microbiota, especialmente flora intestinal, y brindan asesoramiento nutricional. Entonces, a partir de 2012, apareció el primer producto comercial de la empresa uBiome [84] (no existe en la actualidad) y el desarrollo posterior de la dirección por parte de empresas como Viome [85] , BIOHM [86] , Thryve [87] , iBIOM [88] , incluidos Atlas nacionales [89] y otros.

Cambios en el microbioma en pacientes con COVID-19

Trabajos recientes muestran una posible dependencia de los cambios en la microbiota de una persona sana tras la infección por el virus SARS-CoV-2. [90] Los pacientes con COVID-19 mostraron cambios significativos en la microbiota en comparación con los controles, caracterizados por el enriquecimiento de patógenos oportunistas y el agotamiento de bacterias beneficiosas durante la enfermedad. La abundancia inicial de Coprobacillus, Clostridium ramosum y Clostridium hathewayi se correlacionó con la gravedad de la COVID-19, mientras que se observó una correlación inversa entre la abundancia de Faecalibacterium prausnitzii (bacteria antiinflamatoria) y la gravedad de la enfermedad. [91]

Notas

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  2. ↑ Estoma I.O. El microbioma en medicina: una guía para médicos . - Moscú: GEOTAR-Media, 2020. - 320 p. — ISBN 978-5-9704-5844-0 . Archivado el 27 de febrero de 2022 en Wayback Machine .
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  4. ↑ 1 2 3 Preguntas frecuentes de la Academia Estadounidense de Microbiología : Microbioma humano [{{{1}}} Archivado] {{{2}}}. Enero 2014
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