Flora intestinal: obteniu més energia amb menys aliments

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

L'examen d'una dona amb queixes de diarrea persistent i dolor abdominal agut va revelar una inflamació aguda del còlon causada per Clostridia. Atesa la resistència dels bacteris als antibiòtics, es va oferir al pacient un mètode experimental, però eficaç de teràpia: el trasplantament de la microbiota del donant (microflora intestinal).

Després de la introducció de 600 ml d'una suspensió de femta del donant als intestins del pacient, ja no es van observar recaigudes de la malaltia: la microbiota del donant va desplaçar amb èxit el patogen i va ocupar els seus nínxols. No obstant això, un any després, la dona es va queixar al metge del ràpid augment de pes, mentre que tota la vida abans del trasplantament va tenir un pes corporal normal i estable. Des del moment del procediment, l'augment va ser de 15 kg i el pes corporal total va arribar als 77 kg amb una alçada de 155 cm.. Malgrat la forma física i la dieta, el pes del pacient va superar aviat els 80 kg. El metge va assenyalar que un donant generalment sa també té sobrepès i va permetre la possibilitat de "contaminació" de l'obesitat a través de la microbiota. A primera vista, una suposició tan atrevida té una base d'evidència sòlida. En aquest article parlaré de l'efecte de la microbiota en la digestió, i per què la seva diversitat d'espècies disminueix, i la uniformitat augmenta el risc d'obesitat.

glagoles.

Introducció

La probabilitat d'heretar l'obesitat arriba al 80%, però les diferències individuals en el genoma nuclear representen menys del 2% de la variabilitat del pes corporal de la població. A més, el genoma nuclear es transmet al nen gairebé per igual de cada progenitor, però els nens hereten l'obesitat amb una freqüència significativament més alta de les seves mares. Aquest fenomen sovint s'explica per la influència en el metabolisme dels mitocondris, que tenen el seu propi ADN i que estan absents al cap dels espermatozoides; per tant, el genoma mitocondrial és heretat per l'embrió només de l'òvul de la mare. Tanmateix, els resultats d'un estudi del genoma mitocondrial expliquen encara menys casos d'herència d'obesitat. Així, si l'herència d'aquesta malaltia només està parcialment mediada pels genomes nuclears i mitocondrials, potser l'obesitat es transmet als nens principalment a través del tercer genoma humà: el microbioma (un conjunt de gens de la microbiota), que també s'hereta de la mare?

Herència i variabilitat del microbioma

El desenvolupament intrauterí va acompanyat d'una esterilitat absoluta del fetus, que per primera vegada rep microbiota, superant el canal del part durant el part natural. Per tant, els nadons nascuts de manera natural tenen una microbiota més diversa que els extrets per cesària. A més, els estudis han demostrat que els nens nascuts per cesària tenen un major risc d'obesitat. No obstant això, la composició de la microbiota d'aquests nens s'està normalitzant progressivament sota la condició de la lactància materna, la qual cosa assegura el domini de bifidobacteris i lactobacils, que suprimeixen les poblacions de bacterioides oportunistes i clostridis. El naixement natural i la lactància materna formen la columna vertebral de la microbiota, que sol durar tota la vida. L'enriquiment addicional de la microbiota amb altres tipus de bacteris depèn de l'estil de vida.

Així, per exemple, visitar la llar d'infants és un factor significatiu i independent per augmentar la diversitat d'espècies de la microbiota. D'altra banda, l'ús generalitzat d'antibiòtics i antisèptics, així com estrictes normes sanitàries i d'higiene, redueixen el tipus de canvi de microbiota entre les persones i la seva diversitat (llegiu més sobre l'efecte dels antibiòtics sobre la microbiota i el mal alè aquí). Així, podem parlar de l'heretabilitat i la variabilitat del microbioma.

Estructura de la microbiota

Amb l'edat, el nombre de cèl·lules bacterianes a l'intestí arriba gradualment als 100 bilions, la qual cosa supera en 10 vegades el nombre de cèl·lules del propi cos en un adult. Al mateix temps, a causa de la petita mida dels bacteris, tota la microbiota pesa fins a 2 kg i s'adapta a l'intestí gros.

Al voltant del 60% del contingut del recte són microorganismes, les colònies dels quals creixen sobre les fibres dels aliments vegetals (cel·lulosa), utilitzant-les com a aliment i un esquelet, formant així una consistència grumosa de femta. Malgrat el nombre significatiu de bacteris, els científics han considerat durant molt de temps la seva interacció amb el cos humà estrictament en el marc del comensalisme, en què el microorganisme es beneficia de la relació i el macroorganisme no rep beneficis ni danys. Tanmateix, amb el desenvolupament dels mètodes de genotipat, el concepte de microbiota ha canviat significativament.

Es va trobar que la diversitat d'espècies de la microbiota arriba a les 300-700 espècies de microorganismes, i el seu genoma total consta de 10 milions de gens, que és 300 vegades més gran que el genoma humà. Aquesta suma dels gens del microbioma i una comparació del seu nombre amb el dels humans no és només un eslògan aquí. Molts gens bacterians complementen funcionalment el genoma nuclear humà, i la interacció entre espècies dels microorganismes és tan propera que algunes espècies literalment no poden viure les unes sense les altres. Els descobriments recents en aquesta direcció van permetre parlar de la relació mútuament beneficiosa entre l'home i la microbiota, i la totalitat dels seus gens s'anomena microbioma o tercer genoma humà. Per il·lustrar, posaré un exemple concret.

Fisiologia de la microbiota

Amb els aliments vegetals, consumim polímers de fructosa (fructans), que no tenim els nostres propis enzims per descompondre en sucres simples. Els fructans no tractats no s'absorbeixen i la seva acumulació als intestins provoca trastorns greus, i a la cavitat bucal són utilitzats per bacteris càries per unir-se a l'esmalt dental. Ens ajuden els bifidobacteris i els lactobacils, que tenen gens enzimàtics per dividir els fructans en lactat i acetat. Aquests metabòlits creen condicions més àcides que redueixen la proliferació de bacteris oportunistes sensibles a l'àcid i causants de diarrea. A més, el lactat i l'acetat utilitzen altres tipus de microflora amigable com a font d'energia, que produeixen butirat, la principal font d'energia per a les cèl·lules epitelials intestinals i un inhibidor de la penetració de patògens intracel·lulars en elles, i aquest compost també redueix el risc de desenvolupar colitis ulcerosa i càncer de còlon. Per tant, només alguns tipus de bacteris sintetitzen una substància curativa a partir de components alimentaris perillosos per al cos i, protegint el seu nínxol dels competidors, com a avantatge per a una persona, suprimeixen el creixement de patògens als intestins! Ara imagineu com desenes i centenars d'espècies de microorganismes es combinen en cadenes metabòliques més llargues i ramificades que produeixen aminoàcids essencials, vitamines i altres metabòlits, modulant així la digestió, la immunitat i fins i tot el nostre comportament, inclosos els aliments.

Microbiota i obesitat

L'efecte significatiu de la microbiota sobre l'obesitat es va demostrar per primera vegada sense microorganismes i es va criar en condicions estèrils. Normalment, els ratolins estèrils solen tenir un 42% menys de teixit adipós que els ratolins comparables amb microflora. Al mateix temps, els ratolins estèrils més prims consumeixen un 29% més d'aliment que els seus homòlegs més complets amb microflora. Els investigadors van transferir la microflora de ratolins normals a estèrils i van observar un augment del 57% del teixit adipós en dues setmanes, malgrat una disminució del 27% en la ingesta d'aliments!

Els autors van concloure que la microflora ajuda a extreure més energia de menys aliments. Al mateix temps, l'eficiència energètica de la digestió amb microflora augmenta tant que l'excés de calories resultant s'emmagatzema en el teixit adipós.

Els resultats obtinguts en aquest estudi es deuen a la baixa varietat de glicosidases sintetitzades de manera independent pel cos dels mamífers: enzims per trencar enllaços en molècules complexes d'hidrats de carboni com la fibra vegetal. Com a comparació, si al nostre genoma només hi ha 20 gens per a la síntesi de glicosidases, aleshores l'espècie bacterioide per si sola sintetitza 261 tipus de glicosidases, i tot el microbioma conté 250.000 gens per a la síntesi d'aquests enzims. Així, en absència de microbiota, la fibra rica en energia deixa el cos amb excrements, no satisfent les necessitats calòriques, de manera que els ratolins estèrils mengen més i pesen menys que els seus homòlegs amb microflora normal. Els resultats d'aquests estudis donen lloc, sense voler, a la idea d'un mètode per tractar l'obesitat mitjançant la destrucció total de la microbiota amb antibiòtics. Tanmateix, la coevolució dels humans i la microbiota ha arribat tan lluny que la implementació d'aquesta idea és impossible, i des del punt de vista clínic, és molt perillós.

En primer lloc, a diferència dels ratolins, no ens podem permetre el luxe de viure en condicions estèrils. L'entorn conté molts microorganismes patògens que estaran encantats d'ocupar nínxols lliures de microflora natural. Per exemple, una dona el cas clínic de la qual es dóna al principi de l'article va tenir una infecció per Clostridia just després de ser tractada per la vaginosi bacteriana amb dosis altes d'antibiòtics. En segon lloc, ja he esmentat que sense microbiota, no som capaços de descompondre els fructans pel nostre compte, l'acumulació dels quals està plena de trastorns digestius greus. I, finalment, en tercer lloc, l'ús d'antibiòtics a la pràctica mostra l'efecte contrari: l'obesitat s'agreuja i una microbiota més diversa i rica en composició protegeix contra l'obesitat.

Antibiòtics i obesitat

Des de mitjans del segle passat, els antibiòtics s'han utilitzat àmpliament en l'agricultura per accelerar l'augment de pes del bestiar. Amb aquesta finalitat, els preparats s'afegeixen al pinso de manera continuada, de manera que el 70% dels antibiòtics produïts es destina a la ramaderia.

L'efecte positiu dels antibiòtics sobre el pes corporal s'ha atribuït durant molt de temps a la prevenció d'infeccions, perquè un animal sa guanya pes més ràpidament. Però més tard es va demostrar que aquesta dependència està mediada per canvis en la composició de la microbiota. Es va considerar poc probable un efecte similar dels antibiòtics sobre el pes del cos humà, ja que la teràpia antibiòtica s'utilitza durant un temps curt i esporàdicament. Mentrestant, fa 10 anys en estudis es va trobar que fins i tot un sol curs d'antibiòtics condueix a una disminució de la diversitat de la microbiota humana en 4 anys. Una metaanàlisi del 2017 d'estudis sobre prop de 500.000 persones va trobar que l'ús d'antibiòtics durant la infància augmentava significativament el risc d'obesitat més tard a la vida, amb una correlació positiva entre la dosi d'antibiòtics amb l'obesitat. Així, no es produeix la disminució esperada del pes corporal com a conseqüència de la supressió de la microbiota, sinó que en el futur, al contrari, s'observa el desenvolupament de l'obesitat. Presumiblement, els antibiòtics, que destrueixen selectivament els representants de la microflora normal sensibles a ells, formen una mena de "microbiota de l'obesitat".

El concepte de cadena metabòlica contínua i la "microbiota de l'obesitat"

Una microbiota completa és una cadena metabòlica contínua de reaccions que trenca la fibra rica en energia en compostos pobres en energia. En aquest cas, cada metabòlit intermedi que encara conté energia és assimilat pel bacteri següent de la cadena metabòlica, capaç de sintetitzar enzims per a la seva degradació, absorbint la seva part d'energia. Els metabòlits finals del funcionament de la cadena metabòlica contínua són àcids grassos de cadena curta, que són principalment catabolitzats per cèl·lules intestinals i no estan sublimats en el teixit adipós, i alguns d'ells fins i tot inhibeixen la lipogènesi i suprimeixen la gana. Així, una microbiota en tota regla utilitza gairebé completament l'energia de la fibra i protegeix l'hoste de l'obesitat, fins i tot si abusa dels carbohidrats ràpids.

A diferència de la microflora normal, la "microbiota de l'obesitat" és monòtona a causa de la manca d'espècies, gèneres o famílies senceres de bacteris, per tant no és capaç de formar una cadena metabòlica contínua. Com que molts representants de la microbiota desglossen diferents tipus de fibra, l'absència d'alguns d'ells no bloqueja l'inici de la cadena metabòlica i la fibra dietètica es descompone de manera segura en metabòlits intermedis. Al seu torn, l'absència d'espècies bacterianes que descomponen específicament els metabòlits intermedis provoca l'acumulació d'aquests últims a la llum intestinal. A diferència de la fibra, els metabòlits intermedis poden ser absorbits pel cos, inclòs l'augment de les reserves de teixit adipós. Així, la "microbiota de l'obesitat" conté una mena de buits per on "flueix" l'energia al cos humà.

La suposada "microbiota de l'obesitat" s'ha recolzat en experiments sobre el trasplantament de femta de persones de diferents físiques a ratolins estèrils. Per excloure altres factors, la microbiota per al trasplantament es va reclutar a partir de 8 bessons, les parelles dels quals es diferencien en presència i absència d'obesitat, i els ratolins, que van rebre microbiota de persones amb diferents físics, vivien per separat. La microbiota derivada dels bessons obesos tenia una composició d'espècies escassa en comparació amb la microbiota més diversa dels bessons de cos normal.

Com a resultat de l'experiment, els ratolins que van rebre la "microbiota de l'obesitat" van mostrar un augment significatiu de greix corporal ja el 8è dia després del trasplantament. Al mateix temps, la massa de greix dels ratolins que van rebre microbiota de bessons amb pes corporal normal es va mantenir sense canvis significatius durant tot l'experiment.

A més, els autors d'aquest estudi van decidir provar la contagiositat de l'obesitat. Per a això, els ratolins obtinguts com a conseqüència del trasplantament de diferent microbiota es van col·locar en una gàbia comuna al cap de 5 dies. El control del pes corporal i de la composició corporal el 10è dia de convivència va demostrar que els ratolins que van rebre la "microbiota de l'obesitat" van guanyar menys greix que els ratolins similars en la primera part de l'experiment (viuen aïllats), i pràcticament no es diferenciaven dels que cohabitaven. ratolins que van rebre microbiota de bessons amb un físic normal. L'anàlisi del microbioma va mostrar un augment de la diversitat de la microbiota en ratolins que inicialment van rebre una "microbiota d'obesitat" uniforme. És important destacar que els ratolins prims que inicialment van rebre una microbiota diversa no van contreure l'obesitat dels seus cohabitants.

L'anàlisi dels metabòlits a l'intestí va mostrar que després de la cohabitació en ratolins que inicialment van rebre la "microbiota de l'obesitat", es va produir una disminució dels disacàrids i un augment dels àcids grassos de cadena curta. Així, es va trobar que una microbiota diversa protegeix contra el desenvolupament de l'obesitat, i el trasplantament o la transferència natural d'aquesta microbiota a ratolins obesos condueix a una normalització del pes corporal.

Conclusió

Cal tenir en compte que els ratolins són coprófags, la qual cosa facilita molt l'intercanvi natural de microbiota entre cohabitants. Tanmateix, els resultats dels estudis sobre la microbiota i l'epidemiologia de l'obesitat en humans també es poden explicar per l'intercanvi de microflora a través d'interaccions socials. Més amunt, vaig parlar de com anar a la llar d'infants augmenta la diversitat de la microbiota, però l'intercanvi de microflora també es pot produir a través d'altres connexions socials i pot afectar el risc d'obesitat. Per exemple, una anàlisi dels registres mèdics de 1.519 famílies de personal militar nord-americà va permetre establir que l'índex de massa corporal dels membres de la família després de ser assignats a un nou lloc d'oficina en 24 mesos va canviar d'acord amb els indicadors de la població de la zona. Els autors d'aquest i d'altres 45 estudis similars suggereixen que les diferències en el nostre físic respecte al de l'entorn immediat poden augmentar el malestar psicològic, i això, al seu torn, afecta el comportament alimentari i l'activitat física. Tanmateix, els intents de demostrar aquesta relació causal fins ara no han tingut èxit. Mentrestant, l'intercanvi de microbiota a través de l'entorn i els contactes directes poden explicar aquest fenomen.

En aquest context, la meva experiència vital també pot ser interessant. Jo mateix encara estic sec i la dita "no per alimentar els cavalls" parla de mi! I des que vaig conèixer la meva dona, va començar a perdre pes d'any en any. És cert que mai va tenir obesitat, però des del començament de la nostra relació va perdre pes notablement. Fins i tot quan era estudiant, va fer broma dient que la vaig infectar amb els meus cucs, però tan bon punt vaig aconseguir feina al laboratori, ho vaig comprovar tot i no vaig trobar res d'això. Aleshores, per primera vegada, vaig suggerir que l'assumpte podria estar en les peculiaritats de la meva microbiota, que la meva dona va adoptar a poc a poc. Malauradament, és impossible estudiar aquestes característiques al nostre laboratori, així que vaig enviar una mostra del meu "món interior" a Atlas perquè l'analitzés. Escriuré sobre els resultats de l'anàlisi en el següent article, en el qual parlaré detalladament dels mètodes de correcció de la microbiota per tal de reduir el pes corporal (actualització: una història sobre els resultats).