No eres tú… es mi microbiota
Jaime García Mena y Selvasankar Murugesan
Departamento de Genética y Biología Molecular
Hace cerca de 16 años, Eugene V. Koonin, renombrado académico del Centro Nacional para la Información Biotecnológica, de Bethesda, Estados Unidos, reportó que un ser humano requiere entre 100 mil y 150 mil genes para vivir en condiciones ideales, pero el proyecto de secuenciación del genoma humano mostró que no tenemos tal número de genes.
De manera clásica se aceptaba que la información genética que requiere el ser humano para existir está en su genoma cromosomal. Sin embargo, el concepto contemporáneo de almacenamiento y transmisión de la herencia genética reconoce actualmente que los genes que nos permiten vivir y funcionar se encuentran en al menos tres genomas diferentes: el cromosomal, el mitocondrial y el microbioma.
El genoma humano cromosomal contiene en sus 23 pares de cromosomas, 20 mil genes codificantes de proteínas, aproximadamente, mientras que el genoma humano mitocondrial contiene 37 genes, siendo 13 para subunidades de complejos respiratorios. Una mitocondria puede tener hasta 10 copias de su ácido desoxirribonucleico (ADN) y una célula humana, por ejemplo del hígado, podría albergar hasta 2 mil mitocondrias.
La importancia en el humano de los genomas cromosomales y mitocondriales se manifiesta por los diversos padecimientos relacionados con su disfunción. Es interesante saber que, adicionalmente, la expresión de estos dos genomas a lo largo de la vida puede ser modificada en respuesta a estímulos ambientales por procesos de metilación del ADN o la acetilación de histonas (cromosomas), la base de la epigénesis. No obstante, el siglo XXI ha traído más documentación de nuestro tercer genoma humano: el microbioma.
Nuestro asombroso tercer genoma
El genoma microbiano o microbioma humano se define como el conjunto de genes que constituyen los genomas de todos los microorganismos que habitan el cuerpo humano por dentro y por fuera: la microbiota. En la actualidad para el microbioma humano se han anotado 10 millones de genes diferentes codificantes de proteínas disponibles en las bases de datos públicas.
Al igual que como ocurre para los genomas cromosomales y mitocondriales humanos, existe evidencia de regulación de la expresión del microbioma humano por epigénesis, vía metilación del ADN. Dentro de los microorganismos que constituyen la microbiota o el bioma microbiano, se tienen bacterias, arqueas y hongos, siendo las primeras mayoría con más de 90 por ciento. Si se considera que el cuerpo humano ideal contiene 3 x 1013 células y el reporte más reciente sobre bacterias residentes considera que el número es de 4 x 1013, se tiene una relación de casi 1:1 entre ambos números de células.
Herencia de los genomas
En los humanos la información genética cromosomal del padre y de la madre se hereda al fusionarse los gametos masculino y femenino para dar origen al descendiente que portará la mitad de información de cada progenitor; sin embargo, para el caso de la información genética de las mitocondrias, se transmite sólo la de la madre, ya que el nuevo ser no recibe mitocondrias del padre.
Para el caso del microbioma, normalmente el nuevo ser adquiere de parte de la madre un inóculo inicial de la microbiota durante el parto que es muy importante. Luego del nacimiento, la riqueza y la abundancia de los componentes de la microbiota aumentan durante la lactancia y varían durante la interacción con el ambiente a lo largo de la vida.
El microbioma y las enfermedades
De esta forma, podríamos concluir que los humanos funcionamos basados en la expresión de entre 9 x 1017 a 227 x 1017 genes totales de los tres genomas a lo largo de la vida (Figura 3). La importancia del microbioma para la salud humana se valora cuando existe una perturbación en la diversidad de la microbiota, lo que afectaría a cerca de 18 por ciento de los genes que requerimos para vivir.
Esta situación se ve reflejada en la existencia de al menos 11 enfermedades relacionadas con desbalance en la diversidad de la microbiota y disfunción del microbioma en humanos que han sido documentadas experimentalmente. Entre éstas figuran desórdenes metabólicos, como la obesidad y la diabetes tipo 2; neurológicos, entre ellos el autismo, el Alzheimer y el Parkinson; los desórdenes autoinmunes como el asma, la esclerosis múltiple, el lupus y aun otros oncológicos, como cáncer de estómago, de mama y el colorrectal.
Metabolitos producidos por la microbiota
Aunque la microbiota humana está presente en todo el cuerpo, es la del aparato digestivo la que más se ha estudiado. En el aparato digestivo tenemos la microbiota más abundante en el cuerpo humano, con una cifra estimada de cerca de 1 x 1011 bacterias por cada gramo de contenido del intestino grueso. Como una referencia, el planeta Tierra mantiene a cerca de 7 mil millones de habitantes o 7 x 109.
Además de su alto número, la microbiota del tracto digestivo es también notoria por la producción de metabolitos por fermentación de nutrientes que no son absorbidos durante la digestión química que ocurre hasta el intestino delgado. Al colon llegan, entre otras substancias, residuos no digeridos para ser fermentados por la microbiota residente.
La fermentación en el colon produce principalmente ácidos grasos de cadena corta como propionato, butirato y acetato, que son importantes para la nutrición, a partir de fibra alimentaria soluble como es el almidón resistente y la inulina. De estos tres ácidos, el acetato es el más abundante y una producción excesiva crónica se ha asociado a obesidad, usando roedores como modelo de estudio.
Influencia del microbioma en la conducta humana
La relación de la microbiota del colon (y el microbioma) con padecimientos neurológicos en humanos (autismo, el Alzheimer y el Parkinson), podría deberse a que, adicionalmente a la producción de metabolitos nutricionales, la microbiota del colon es capaz de generar compuestos neurotransmisores como son el ácido gama amino butírico (GABA), la norepinefrina (NE), la serotonina, la dopamina y la acetilcolina. Estas moléculas son capaces de llegar a sus blancos neuronales en el cerebro atravesando la barrera hemato-encefálica, con una posible influencia en la función del sistema nervioso y la conducta humana. Se han reportado estudios en ratón, donde se muestra que algunas especies de Bifidobacterias y Lactobacilos, así como Bacteroides fragilis tienen efectos positivos en aliviar síntomas relacionados con ansiedad, depresión y autismo.
Esta es una buena evidencia de la relación tracto digestivo-cerebro que podría contribuir, además de los desórdenes neurodegenerativos, a situaciones como la ansiedad, la depresión y la tensión psicológica, estados que afectan la sociabilidad en los seres humanos. Si bien todavía queda mucho por investigarse y no todos los padecimientos relacionarán a la microbiota, su presencia en el tracto digestivo tiene una influencia potencial en el comportamiento, que la próxima vez podríamos decir…. “tenemos que terminar, pero no eres tú, ni soy yo, es mi microbiota”.
La fermentación en el colon produce principalmente ácidos grasos de cadena corta como propionato, butirato y acetato, que son importantes para la nutrición, a partir de fibra alimentaria soluble como es el almidón resistente y la inulina. De estos tres ácidos, el acetato es el más abundante y una producción excesiva crónica se ha asociado a obesidad, usando roedores como modelo de estudio.
Influencia del microbioma en la conducta humana
La relación de la microbiota del colon (y el microbioma) con padecimientos neurológicos en humanos (autismo, el Alzheimer y el Parkinson), podría deberse a que, adicionalmente a la producción de metabolitos nutricionales, la microbiota del colon es capaz de generar compuestos neurotransmisores como son el ácido gama amino butírico (GABA), la norepinefrina (NE), la serotonina, la dopamina y la acetilcolina. Estas moléculas son capaces de llegar a sus blancos neuronales en el cerebro atravesando la barrera hemato-encefálica, con una posible influencia en la función del sistema nervioso y la conducta humana. Se han reportado estudios en ratón, donde se muestra que algunas especies de Bifidobacterias y Lactobacilos, así como Bacteroides fragilis tienen efectos positivos en aliviar síntomas relacionados con ansiedad, depresión y autismo.
Esta es una buena evidencia de la relación tracto digestivo-cerebro que podría contribuir, además de los desórdenes neurodegenerativos, a situaciones como la ansiedad, la depresión y la tensión psicológica, estados que afectan la sociabilidad en los seres humanos. Si bien todavía queda mucho por investigarse y no todos los padecimientos relacionarán a la microbiota, su presencia en el tracto digestivo tiene una influencia potencial en el comportamiento, que la próxima vez podríamos decir…. “tenemos que terminar, pero no eres tú, ni soy yo, es mi microbiota”.
jgmena@cinvestav.mx
selva@cinvestav.mx
