03/02/2016
La microbiota, conjunto de microorganismos (bacterias, hongos, arqueas, virus y parásitos) que residen en nuestro cuerpo, juega un papel crucial en nuestra salud. Su estudio, a menudo confundido con el del microbioma (que incluye el hábitat y las condiciones ambientales), se ha revolucionado gracias a las técnicas moleculares de secuenciación masiva.
Introducción al Estudio de la Microbiota
Desde el nacimiento, existe una relación simbiótica entre nuestra microbiota y nuestras células, evolucionando y adaptándose a lo largo de la vida. La microbiota intestinal, la más compleja y numerosa, se considera un “órgano” vital con influencia en nuestra salud y enfermedad. Su composición es única para cada individuo, variando según la genética, la dieta y el medio ambiente. Un objetivo clave es comprender qué define una microbiota sana.
La microbiota presenta una gran capacidad de resiliencia (eubiosis), recuperando su estado natural tras perturbaciones. Sin embargo, alteraciones significativas pueden llevar a la disbiosis, un desequilibrio que puede ser consecuencia de factores como la toma de antibióticos o una dieta inadecuada. En adultos, el tracto gastrointestinal alberga cientos de especies bacterianas, siendo Bacteroidetesy Firmicuteslas más abundantes. La ratio Firmicutes/Bacteroidetes es un parámetro útil para evaluar el equilibrio.
Funciones Clave de la Microbiota Intestinal
- Prevención de la colonización por patógenos.
- Ayuda en la digestión de alimentos.
- Producción de vitaminas B y K.
- Estimulación del sistema inmune.
La interacción temprana de la microbiota con el sistema inmune inmaduro es esencial para definir lo “propio” de lo “extraño”. Un desequilibrio en esta interacción puede contribuir al desarrollo de enfermedades autoinmunes, el síndrome metabólico, la obesidad y otras afecciones.
El descubrimiento del eje cerebro-intestino ha ampliado la comprensión del impacto de la microbiota, conectando el sistema nervioso central con el intestino a través del nervio vago, metabolitos bacterianos y el sistema endocrino. Esto implica la microbiota en enfermedades neuropsiquiátricas como el autismo, la ansiedad y la depresión.
Indicadores de Salud de la Microbiota
Los principales indicadores de una microbiota sana son su riqueza (cantidad de microorganismos) y su biodiversidad (cantidad de especies). Índices como el de Shannon y el de Chao se utilizan para evaluar estos parámetros. Estudios han identificado asociaciones entre estados patológicos y alteraciones en la composición de la microbiota.
Transferencia de Materia Fecal: Una Estrategia Terapéutica
La transferencia de materia fecal es una terapia emergente, actualmente indicada principalmente para la recurrencia de la diarrea por Clostridium difficile. Su objetivo es restaurar la diversidad bacteriana y corregir la disbiosis. Aunque inicialmente se recomendaba tras la tercera recidiva, estudios recientes sugieren realizarla después del segundo episodio. La colonoscopia es la vía de administración más segura.
La transferencia de materia fecal también presenta un gran potencial en otras enfermedades, como la enfermedad inflamatoria intestinal, la obesidad, el síndrome metabólico y enfermedades neuropsiquiátricas. Sin embargo, los resultados no son tan consistentes como en la diarrea por C. difficile. Los efectos secundarios son generalmente escasos, pero se han reportado casos de efectos adversos, incluso muerte en casos de aspiración por administración nasogástrica. La evaluación del donante es crucial para descartar enfermedades transmisibles.
Elección y Procesamiento de la Muestra
La elección de la muestra depende de la zona a estudiar. Para la microbiota intestinal, las heces son la opción más común por su fácil obtención no invasiva. Sin embargo, las heces no representan toda la microbiota adherida al epitelio y pueden degradar las bacterias de los tramos intestinales superiores. Las biopsias obtenidas durante endoscopias ofrecen una muestra más representativa, pero son invasivas.
Recogida, Conservación y Transporte de la Muestra
Para las heces, la congelación inmediata a -80°C es ideal, aunque temperaturas superiores son aceptables. La rapidez es fundamental, especialmente si se va a extraer ARN. Las torundas rectales pueden conservarse hasta 2 horas a temperatura ambiente en un tampón estabilizador. Para las heces, la congelación inmediata previene alteraciones en la composición de la microbiota.
Extracción de Ácidos Nucleicos
La homogeneización de la muestra es crucial antes de la extracción de ADN. La extracción y purificación del ADN es un paso crítico, buscando obtener una cantidad y calidad adecuada sin inhibidores para las posteriores reacciones de PCR. Existen diversos protocolos comerciales y manuales disponibles.
Métodos de Secuenciación
La secuenciación masiva ( Next Generation Sequencing, NGS) ha revolucionado el estudio de la microbiota. Métodos como Illumina e Ion Torrent son los más utilizados, ofreciendo un menor costo y mayor rapidez que los métodos anteriores. La PCR previa puede inducir sesgos, sobreestimando las poblaciones mayoritarias. La elección de los cebadores es fundamental, siendo los que amplifican la región V3-V4 del gen ARNr 16S los más utilizados.
El análisis del gen ARNr 16S permite cuantificar la abundancia relativa de diferentes taxones. Sin embargo, este gen tiene un número de copias variable en cada especie, lo que puede introducir sesgos. A pesar de estas limitaciones, la secuenciación masiva es la mejor opción para estudiar el microbioma humano.
La tercera generación de secuenciadores ofrece ventajas como la secuenciación directa sin PCR y mayor longitud de las secuencias. Sin embargo, la calidad de las secuencias aún necesita mejoras. Ejemplos incluyen Pacific Biosciences (PacBio) y Oxford Nanopore (MinION).
Estrategias para la Caracterización de la Microbiota
Metataxonomía
Estrategia principal para caracterizar la composición y abundancia relativa de las comunidades microbianas. Implica la amplificación del gen ARNr 16S, secuenciación masiva y análisis bioinformático para asignar taxones. Análisis bioinformático incluye control de calidad, eliminación de secuencias quiméricas, agrupamiento y análisis estadístico.
Metataxonomía de la Fracción Activa
Permite identificar solo las bacterias activas, extrayendo ARN, convirtiéndolo en ADNc y secuenciándolo.
Metagenómica
Se basa en la secuenciación masiva de ADN o ARN (o ADNc) para estudiar cómo las alteraciones en la composición microbiana influyen en el contenido genético y su expresión. Evita el sesgo de la PCR al secuenciar fragmentos de ADN al azar.
Metabolómica
Aborda la identificación y caracterización de los metabolitos, que son marcadores de la actividad microbiana. Se utilizan técnicas como resonancia magnética nuclear y espectrometría de masas. Los ácidos grasos de cadena corta (AGCC), como el acético, propiónico y butírico, son metabolitos bacterianos ampliamente estudiados.
Tabla Comparativa de Métodos de Estudio de la Microbiota
| Método | Objetivo | Ventajas | Desventajas |
|---|---|---|---|
| Metataxonomía | Composición y abundancia relativa | Relativamente simple y económica | No distingue bacterias vivas/muertas, sesgos por PCR |
| Metataxonomía de la Fracción Activa | Bacterias activas | Información funcional | Compleja y costosa |
| Metagenómica | Contenido genético y expresión | Evita sesgos de PCR | Compleja y costosa, gran cantidad de datos |
| Metabolómica | Metabolitos | Marcadores de actividad microbiana | Compleja, requiere equipos especializados |
El estudio de la microbiota es un campo en constante evolución. La combinación de diferentes estrategias, así como el avance tecnológico, permitirán una comprensión cada vez más profunda de su papel en la salud y la enfermedad, abriendo nuevas posibilidades terapéuticas.
Si quieres conocer otros artículos parecidos a Curso microbiota para el estudio del microbioma puedes visitar la categoría Curso.