¿De qué se alimentan las bacterias que viven en nuestro cuerpo?

M. en C. Esmeralda Cuevas Juárez y Dr. Agustín López Munguía

“Somos más bacteria que humano”, se consideraba dentro de la comunidad científica cuando desde las últimas décadas del siglo pasado se dio por hecho que había 10 veces más bacterias que células en nuestro cuerpo. Recientemente, se encontró que la relación entre células de bacterias y células humanas en el cuerpo es en realidad muy cercana a 1.3, es decir, el número de bacterias presentes en nuestro organismo es apenas mayor al número total de células humanas que poseemos. Siguiendo la lógica, podríamos entonces decir que somos “un poco más bacteria que humano”.

Es sorprendente el hecho de que las bacterias habiten en prácticamente todos los espacios abiertos de nuestro cuerpo: en la piel, debajo de las uñas, en el cabello, los genitales, la boca, los pulmones, pero es en el intestino, particularmente en el colon, donde se encuentran en mayor abundancia. Ahí las proveemos de nutrimentos y un nicho adecuado para establecerse, a cambio de una serie de funciones que hoy sabemos, son esenciales para una vida sana. Si revisamos la literatura reciente, encontraremos que no hay aspecto de la biología humana que no se afecte por la actividad microbiana, o mejor dicho por la microbiota -que es el término formal con el que se conoce a las comunidades de microorganismos que viven e interaccionan en un nicho específico- en este caso la microbiota intestinal. Ya nuestras abuelas hablaban de la protección que ciertos alimentos, como el yogur o el pulque, daban a nuestra salud, estimulando nuestras defensas y protegiéndonos de agentes patógenos; hoy sabemos que estos alimentos contienen bacterias benéficas que son clave en el desarrollo y maduración del sistema inmune desde nuestro nacimiento, para más tarde llegar a establecer una estrecha relación con nuestro estado de salud, incluido nuestro estado emocional.

Si bien en la microbiota intestinal pueden existir de 500 a 1000 especies bacterianas, consumir algunas bacterias específicas resulta clave para la salud, con beneficios de corto plazo: éstas son conocidas como probióticos, dentro de los cuales los lactobacilos y las bifidobacterias han sido los más estudiados.

En un esfuerzo por desarrollar alimentos que contribuyan a mejorar nuestra salud, algunos productos han sido enriquecidos con probióticos y con sustancias que estimulan selectivamente el crecimiento de las bacterias benéficas de la microbiota intestinal, a las que se les conoce como prebióticos.

Los prebióticos son azúcares complejos (como los contenidos en la leche materna) o bien azúcares simples pero asociados en forma de largas cadenas, que conocemos como polisacáridos. Existen polisacáridos como el almidón, que los humanos podemos asimilar muy bien, y otros como la celulosa, que son mucho más difíciles de degradar y que ni nosotros ni muchas de las bacterias de nuestra microbiota podemos digerir; a esta última también se le conoce como fibra insoluble. Un tercer tipo de polisacáridos son aquellos que nuestro sistema digestivo no puede degradar, pero las bacterias benéficas de nuestra microbiota sí. Son estos polisacáridos los que constituyen la “fibra soluble”, también denominados prebióticos, un alimento esencial para las bacterias benéficas, al estimular selectivamente su crecimiento.

Entre los prebióticos más estudiados se encuentran las fructanas, que son cadenas que resultan de la unión de varias moléculas de fructosa, y que dependiendo de la forma en que se enlazan se conocen como inulina o levana. La inulina se extrae principalmente de fuentes vegetales, como la raíz de achicoria o las alcachofas, mientras que la levana es sintetizada por bacterias como Bacillus subtilis (figura 2). Existen fructanas con estructuras más complejas, ya que contienen diferentes tipos de enlaces y ramificaciones, haciendo su digestión más difícil. Un ejemplo son las agavinas, que son las fructanas presentes en el agave, por siglos usadas para producir tequila y mezcal (figura 2). Actualmente las fructanas son utilizadas en diferentes alimentos para nutrir y fortalecer nuestra microbiota.

A diferencia de los humanos, algunas bacterias pueden asimilar fructanas debido a que poseen toda la maquinaria necesaria para degradarlas. Esta maquinaria consiste en moléculas llamadas fructanasas, que son enzimas (proteínas) que actúan de forma específica sobre las fructanas rompiendo los enlaces que conforman estos polisacáridos. La mayoría de las fructanasas que se han estudiado provienen de hongos, pero nuestros estudios indican que éstas no rompen eficientemente la agavina. Se sabe que cuando individuos sanos consumen agavina, se incrementa la presencia de lactobacilos y bifidobacterias en su microbiota intestinal, de lo que concluimos que las bacterias benéficas presentes en nuestros intestinos son capaces de digerir la agavina y utilizarla para desarrollarse y reproducirse; por lo tanto, estas bacterias al igual que los hongos, deben poseer fructanasas pero con mejores capacidades para romper la agavina.

En nuestro trabajo, utilizando las bases de datos que contienen la información de los genes de bifidobacterias, buscamos fructanasas que fueran diferentes a las de hongos; así identificamos una fructanasa que denominamos B. longum_l1 en el genoma de la bacteria Bifidobacterium longum. Una vez que produjimos y purificamos esta enzima, evaluamos sus características bioquímicas y el tipo de polisacáridos sobre los que actúa. Nuestros resultados indican que B. longum_l1, además de romper la agavina, también actúa eficientemente sobre varias otras fructanas, independientemente de su tamaño y del tipo de enlace entre sus moléculas.

Posteriormente quisimos saber si esta fructanasa es producida por la bacteria cuando se encuentra en presencia de agavina y otras fructanas, y si por lo tanto ayuda a la bacteria a digerirlas. Nuestros resultados mostraron que la fructanasa B. longum_l1 sí es producida por la bacteria cuando crece en un medio de laboratorio conteniendo inulina o agavina, y que mientras que una parte es liberada hacia el medio de cultivo, otra queda asociada a la pared de las células (figura 3). Esto tiene bastante lógica, ya que la agavina e inulina son moléculas muy grandes que no pueden entrar directamente a la célula, por lo que la bacteria necesita romperlas antes de poder usarlas como nutrimento. Fue así como pudimos concluir que la fructanasa B. longum_l1 es una herramienta muy poderosa de la bacteria Bifidobacterium longum, ya que, cuando está en presencia de fructanas, esta bacteria libera su fructanasa al exterior para digerir las fructanas y eventualmente consumirlas (figura 3). De esta forma, la bacteria aprovecha un compuesto que nosotros no podemos digerir para desarrollarse y beneficiarnos indirectamente. El hecho de que con una sola fructanasa Bifidobacterium longum pueda asimilar varios tipos de fructanas, le da una gran ventaja sobre todas las demás bacterias, que requieren de fructanasas específicas para lidiar con cada tipo de fructana.

Sin embargo, el romper las fructanas fuera de la célula también representa una desventaja, ya que no todos los fragmentos que se producen durante su digestión son ingeridos por Bifidobacterium longum, sino que otras bacterias de la microbiota pueden aprovecharse y también utilizarlos. A estas bacterias oportunistas se les llama comensales, ya que se desarrollan a cuestas de lo que producen otras bacterias. Por lo tanto, pensamos que al proveer a Bifidobacterium longum con fragmentos de fructanas (conocidos como FOS, por “fructooligosacáridos”) lo suficientemente pequeños para que no tenga que romperlos fuera de la célula, sino que los transporte directamente a su interior, éstos no podrán ser utilizados por las comensales. Entonces, con FOS podemos favorecer el crecimiento específico de Bifidobacterium longum y el de otras bacterias similares. Bifidobacterium longum, en conjunto con otras bifidobacterias, es un probiótico al cual se le han demostrado muchos efectos benéficos para nuestra salud, como el fortalecimiento del sistema inmune, de allí el interés que tenemos en diseñar el nutrimento específico que este tipo de bacterias necesita. Ahora que ya sabes de qué se alimentan tus bacterias, no olvides consumir prebióticos para mantenerlas en buen estado.

Fuente: Revista Biotecnología en Movimiento

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