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24/08/2013 0

El cuerpo humano está lleno de pequeños microorganismos, cientos de miles de especies de bacterias llamadas colectivamente el microbioma, que se cree contribuyen a una vida saludable

El tracto gastrointestinal, y el colon en particular, es el hogar de la mayor concentración y diversidad de especies bacterianas. Pero, ¿cómo que estos organismos persisten y prosperan en un sistema que está en constante movimiento debido a los alimentos y líquidos que fluyen a través de él? 

Un equipo liderado por el Instituto de Tecnología de California (Caltech), el biólogo Sarkis Mazmanian, cree que ha encontrado la respuesta, al menos con un grupo común de bacterias: se trata un conjunto de genes que promueven la colonización estable microbiana del intestino. El estudio describe estos hallazgos en el journal Nature de 18 de agosto.

"Entendiendo cómo colonizan estos microbios, tal vez podamos idear formas de corregir los cambios anormales de las comunidades bacterianas, unos cambios que se piensan que están conectados a trastornos como la obesidad, la enfermedad inflamatoria intestinal y el autismo", señala Mazmanian, profesor de biología en Caltech y cuyo trabajo explora la relación entre las bacterias del intestino humano y la salud.

Los investigadores comenzaron sus estudios llevando a cabo una serie de experimentos para introducir un género de microorganismos llamados Bacteriodes en ratones estériles o libres de gérmenes, . Las bacteroides, son un grupo de bacterias que contiene varias decenas de especies, elegidas porque es uno de los géneros más abundantes en el microbioma humano, pueden ser cultivadas en el laboratorio (a diferencia de la mayoría de las bacterias del intestino), y pueden ser modificadas genéticamente para introducir mutaciones específicas .

"Las bacteriodes son el único género del microbioma que se ajustan a estos tres criterios", aclara Mazmanian.

La autora principal, S. Melanie Lee, que hacía su doctorado en medicina en el laboratorio de Mazmanian en el momento de la investigación, primero añadió unas cuanas especies de la bacteria en un ratón para ver si iban a competir entre sí a la hora de colonizar el intestino. Parecieron coexistir pacíficamente. Luego, Lee colonizó un ratón con una especie en particular, la Bacteroides fragilis, y se inoculó al ratón con las mismas especies exactas, para ver si ellas co-colonizaban el mismo huesped. Para sorpresa de los investigadores, las bacterias recién introducidas no pudieron mantener residencia en el intestino del ratón, a pesar del hecho de que el animal ya estaba poblado por especies idénticas.

"Sabemos que este entorno puede albergar cientos de especies, ¿por qué la competencia dentro de la misma especie?" pregunta Lee. "Ciertamente no es por la falta de espacio o de nutrientes, sin embargo, la resistencia fue muy sólida y consistente cuando intentamos ‘re-colonizar’ los ratones con una especie."

 La idea es que mediante la saturación de un hábitat específico, el organismo excluiría de facto a otros de la misma especie de ocupar ese nicho. pero no se trata de evitar que otras especies estrechamente relacionadas colonicen el intestino, porque estas ya tienen sus propios nichos específicos. Una pantalla genética reveló un conjunto de genes no caracterizados anteriormente, un sistema que los investigadores denominaron ‘factores de colonización comensal’ (CCF), necesarios y suficientes para la colonización de especies específicas de B. fragilis.

Pero, ¿qué es exactamente el nicho saturable? El colon, después de todo, está lleno de la masa de alimentos que fluye, de materia fecal y bacterias, lo que no tiene mucho que ofrecer a los organismos donde agarrarse y ocuparlo.

Para explicar los resultados, Lee y su equipo desarrollaron lo que ellos llaman la "hipótesis del nicho saturable”

"La hipótesis de Melanie es que este nicho saturable forma parte del tejido anfitrión", es decir, del propio intestino, afirma Mazmanian. "Cuando ella postuló esto hace tres o cuatro años, era una absoluta herejía, porque otros investigadores en ese campo creían que todas las bacterias en nuestro intestino vivían en el lumen (en el espacio central de los intestinos) y tenían cero contacto con el anfitrión ... nuestros cuerpos. La lógica de este pensamiento era que si las bacterias tomaran contacto, eso podría causar algún tipo de respuesta inmunitaria."

Sin embargo, cuando los investigadores usaron métodos avanzados de imágenes para examinar los tejidos del colon, en ratones colonizados por B. fragilis, hallaron una pequeña población de microbios viviendo en bolsillos minúsculos, o criptas, en el colon. Ubicados dentro de las criptas, las bacterias están protegidas del flujo constante de material que pasa a través del tracto intestinal. Para probar si o no que el sistema CCF regulaba la colonización bacteriana dentro de las criptas, el equipo inyectó bacterias mutantes, sin el sistema CCF, en el colon de ratones estériles. Y estas bacterias sí fueron capaces de colonizar las criptas.

"Hay algo en esas criptas, y no sabemos lo que es todavía, que las B. fragilis normales pueden utilizar para conseguir afianzarse a través del sistema CCF", explica Mazmanian. "Encontrar las criptas es un gran avance en este campo, dado que demuestra que las bacterias tienen contacto físicamente con el anfitrión. Y durante todos los experimentos que hizo Melanie, se mantenía la homeostasis, o un estado de equilibrio constante. Así pues, contrariamente a la creencia popular, no hubo evidencia de inflamación como resultado de que las bacterias tomaran contacto con el anfitrión. De hecho, creemos que estas criptas son el hogar permanente de las Bacteroides, y tal vez otras clases de microbios."

Él dice que debido a la localización del sistema CCF como mecanismo de colonización bacteriana y de resiliencia, además del descubrimiento de las criptas del colon que son especies específicas, que el actual documento ha resuelto misterios de hace mucho tiempo acerca de cómo se establecen los microbios y mantienen su colonización a largo plazo.

"Hemos estudiado sólo un puñado de organismos, ya a pesar de que son numéricamente abundantes, es evidente que no son representativos de todos los organismos del intestino", dice Lee. "Muchas de esas otras bacterias no tienen genes CCF, por lo que ahora la pregunta es: ¿estos organismos dependen de alguna manera de las interacciones con Bacteroides para su propia colonización, o de sus tasas de replicación, o de su localización?"

Sospechando que las Bacteroides son especies clave, un factor necesario para la construcción del ecosistema intestinal, los investigadores planean investigar si las anomalías funcionales, como la imposibilidad de adherirse a las criptas, podría afectar a todo el microbioma y, potencialmente, llevar a un estado de enfermo del cuerpo.

"Esta investigación pone de relieve la idea de que no estamos solos. Sabíamos que las bacterias se encuentran en el intestino, pero el estudio demuestra que estos microbios específicos están muy íntimamente relacionados con nuestros cuerpos", señala Mazmanian. "Ellos viven muy proximos a nuestros tejidos, y no podemos ignorar las contribuciones microbianas a nuestra biología o nuestra salud. Ellos son parte de nosotros."

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