¿Cómo bloquean las bacterias intestinales a los patógenos realmente?

La población de microbios que viven en el intestino influye en la capacidad de perder peso, en ser mejor deportista o, incluso, puede llegar a ser un biomarcador precoz del párkinson. Pero, ¿cómo protegen estas bacterias al intestino?

Investigadores de la Universidad de Oxford, en Inglaterra, han logrado demostrar cómo diversas comunidades de bacterias pueden proteger el intestino de microorganismos que causan enfermedades. Un efecto protector que, sin embargo, se pierde cuando sólo está presente una única especie de bacteria intestinal.

Los científicos descubrieron que las comunidades protectoras bloquean el crecimiento de patógenos al consumir los nutrientes que los patógenos necesitan.

Los hallazgos, publicados hoy en la revista "Science", podrían ayudar a desarrollar nuevas estrategias para optimizar la salud intestinal.

El intestino humano alberga cientos de especies bacterianas diferentes conocidas colectivamente como microbioma intestinal. Un importante beneficio para la salud que brindan es proteger el intestino contra patógenos invasores (microorganismos que causan enfermedades) que podrían causar infecciones dañinas.

Pero hasta ahora no estaba claro cómo se produce este efecto protector y si determinadas especies bacterianas desempeñan un papel más importante que otras.

Para investigar esto, los investigadores de Oxford probaron 100 cepas diferentes de bacterias intestinales individualmente y en combinación para determinar su capacidad para limitar el crecimiento de dos patógenos bacterianos dañinos: Klebsiella pneumoniae y Salmonella enterica.

Las bacterias intestinales individuales mostraron una capacidad muy pobre para restringir la propagación de cualquiera de los patógenos. Pero cuando se cultivaron juntas comunidades de hasta 50 especies, los patógenos crecieron hasta 1.000 veces menos eficazmente que cuando se cultivaron con cualquier especie individual.

Este "efecto de protección comunitaria" se observó independientemente de si las bacterias se cultivaron juntas en viales o en ratones "libres de gérmenes" (que no tenían bacterias intestinales residentes al comienzo de los experimentos), informa la revista en un comunicado.

«Estos resultados demuestran claramente que la resistencia a la colonización es una propiedad colectiva de las comunidades de microbiomas; en otras palabras, una sola cepa es protectora sólo cuando se combina con otras", explica el autor del estudio, el profesor Kevin Foster, del departamentos de Biología y Bioquímica.

Sin embargo, los investigadores descubrieron que los miembros de las comunidades bacterianas, y no sólo la diversidad general, tenían un efecto crítico en el nivel de protección.

Se encontró que ciertas especies eran esenciales para la protección comunitaria, aunque estas especies ofrecían poca protección por sí solas.

Los investigadores demostraron que las comunidades bacterianas protectoras bloquean el crecimiento de patógenos al consumir los nutrientes que el patógeno necesita. Al evaluar los genomas de las diferentes especies bacterianas, descubrieron que las comunidades más protectoras estaban compuestas por especies con composiciones proteicas muy similares a las especies patógenas.

También utilizaron perfiles metabólicos para demostrar que las especies protectoras tenían demandas de fuentes de carbono similares a las de los patógenos.

"Lo más importante es que, aunque una mayor diversidad de microbiomas aumenta la probabilidad de protección contra estos patógenos, la superposición en los perfiles de utilización de nutrientes entre la comunidad y el patógeno es clave", añade la también autora Frances Spragge, del departamentos de Biología y Bioquímica de la Universidad de Oxford.

Ciertas especies que desempeñan un papel crucial en la protección de la comunidad muestran un alto grado de superposición metabólica con el patógeno y, por tanto, demandas de nutrientes similares.

Los investigadores utilizaron este principio de bloqueo de nutrientes para predecir comunidades de bacterias que ofrecerían una protección débil y fuerte contra un patógeno diferente: una cepa de E. coli resistente a los antimicrobianos.

Cuando se probaron experimentalmente, las comunidades que tenían la mayor superposición de nutrientes con la cepa de E. coli fueron hasta 100 veces más efectivas para reducir la abundancia del patógeno que las comunidades que se predijo que brindarían una protección débil.

Según los investigadores, estos nuevos conocimientos podrían convertirse en estrategias novedosas para combatir los patógenos intestinales dañinos mediante la optimización de las comunidades de microbiomas intestinales.

También pueden explicar por qué las personas pueden volverse más susceptibles a especies como K. pneumoniae después de tomar tratamientos con antibióticos que pueden reducir la diversidad de especies de microbiomas intestinales.

"Nuestro trabajo respalda la hipótesis general de que un microbioma más diverso puede aportar beneficios para la salud. Esto promete el objetivo de optimizar la composición de los microbiomas para protegerlos contra especies bacterianas nocivas para la salud", concluye el Dr. Erik Bakkeren, del departamentos de Biología y Bioquímica de la Universidad de Oxford.