Un nuevo método permitiría comprender mejor las complejas interacciones entre los microbios del intestino humano

Revisado por James Ives, médico psiquiatra (editor) 6 dic 2018

El microbioma intestinal -el mundo de microbios que habitan en el tracto intestinal humano- ha captado el interés de científicos y médicos por su papel fundamental en la salud. Sin embargo, determinar cuáles de esos microbios son responsables de los efectos sobre nuestro bienestar sigue siendo un misterio.

Eric Jones y Jean Carlson, físicos de la Universidad de Santa Bárbara, han desarrollado un método matemático para analizar y modelizar las interacciones entre las bacterias intestinales de la mosca de la fruta. Este método podría conducir a una comprensión más sofisticada de las complejas interacciones entre los microbios intestinales humanos.

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Sus hallazgos aparecen en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Especialmente en los últimos 20 años más o menos, los científicos han ido descubriendo que el microbioma interactúa con el resto del cuerpo, con el sistema inmunitario y con el cerebro", explica Jones, estudiante de posgrado de investigación en el laboratorio de Carlson. "Muchas enfermedades están asociadas a determinadas composiciones microbianas en el intestino".

El microbioma intestinal humano es aún demasiado diverso para analizarlo en su totalidad. En su lugar, el equipo de investigación, dirigido por el biólogo Will Ludington, de la Institución Carnegie para la Ciencia, utilizó la mosca de la fruta como organismo modelo para desentrañar cómo la presencia de determinadas bacterias intestinales podía provocar efectos físicos y conductuales en el organismo huésped.

En su artículo "Microbiome interactions shape host fitness", Carlson, Jones, Ludington y sus colegas examinan las interacciones entre cinco especies básicas de bacterias presentes en el intestino de la mosca y calculan cómo la presencia o ausencia de cada especie influye en aspectos de la aptitud de la mosca, como la esperanza de vida, la fertilidad y el desarrollo. "La forma clásica de pensar en las especies bacterianas es en un contexto en blanco y negro como agentes de enfermedad: o se tiene o no se tiene", explica Ludington, "pero nuestro trabajo demuestra que no es así en el caso del microbioma. Los efectos de una especie concreta dependen del contexto en el que también estén presentes otras especies."

Basándose en investigaciones anteriores que descubrieron que la presencia frente a la ausencia de bacterias afectaba a la longevidad de un organismo (los huéspedes estériles vivían más), el trabajo de los investigadores en este proyecto reveló que la situación es mucho más matizada. Por ejemplo, la presencia de ciertas bacterias podría aumentar la fecundidad del huésped, mientras que otras podrían disminuir la longevidad. "Al examinar el total de lo que llamamos la aptitud de una mosca -sus posibilidades de sobrevivir y crear descendencia-, descubrimos que había una compensación entre tener una vida corta con mucha descendencia, frente a tener una vida larga con poca descendencia", explicó Ludington. "Esta compensación estaba mediada por las interacciones del microbioma".

Para descifrar estas interacciones, Ludington realizó un ensayo combinatorio, criando 32 lotes de moscas, cada uno habitado por una combinación única de las cinco bacterias. Para cada combinación bacteriana, Ludington midió el desarrollo, la fecundidad y la longevidad de la mosca. El análisis de las interacciones exigió que Carlson y Jones desarrollaran nuevos planteamientos matemáticos.

"Un modelo que a menudo sería un punto de partida sería considerar las interacciones entre pares de bacterias", dijo Carlson, cuya investigación se adentra en la física de los sistemas complejos. "Esta investigación nos muestra que un modelo estrictamente de pares no capta todos los rasgos observados de las moscas".

Lo que demuestra el estudio, según los investigadores, es que las interacciones entre las poblaciones bacterianas son tan importantes para la aptitud general del huésped como su presencia: la influencia del microbioma no puede atribuirse únicamente a la presencia o ausencia de especies individuales. "En cierto sentido", dijo Jones, "la influencia del microbioma en el huésped es más que la suma de sus partes".

Los modelos recién desarrollados podrían ampliarse para comprender mejor las interacciones de las miles de especies diferentes de bacterias del microbioma humano, lo que a su vez podría arrojar luz sobre las numerosas conexiones con enfermedades relacionadas con el microbioma, como trastornos del estado de ánimo, disfunciones neurológicas, enfermedades autoinmunes y superbacterias resistentes a los antibióticos.

"En muchos casos, las infecciones están causadas por bacterias que todos tenemos dentro todo el tiempo y que se mantienen a raya gracias a las bacterias intestinales autóctonas", explica Carlson. No se trata tanto de que la infección sea una bacteria nueva y horrible, explicó, sino de que las poblaciones de otras bacterias han cambiado, dando lugar a un crecimiento sin restricciones de la bacteria infecciosa.

"Se trata de comprender la dinámica de población de estos sistemas", explica.