Archivo - Microbiota en intestino humano. - ISTOCK - Archivo
MADRID, 22 Abr. (EUROPA PRESS) -
Con el objetivo de comprender los mecanismos que permiten que el microbioma bacteriano influya en la función cerebral, un nuevo estudio realizado por neurocientíficos del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT de Estados Unidos examina los mecanismos que actúan en un modelo de "especialista bacteriano": el nematodo C. elegans.
Estudios recientes sugieren que tanto los animales como las personas mantienen relaciones estrechas y complejas con las bacterias que los rodean y que habitan en su interior. El microbioma intestinal humano, por ejemplo, se ha asociado con la depresión y la enfermedad de Parkinson.
En el nuevo estudio publicado en 'Current Biology', el equipo liderado por la investigadora postdoctoral Cassi Estrem, del Instituto Picower, en el laboratorio del profesor asociado Steven Flavell, identifica las sustancias químicas específicas que una neurona clave en C.elegans detecta tanto en las bacterias que ingiere como en las que debe evitar ingerir.
"En nuestro organismo, las bacterias que viven en nuestro interior y sobre nosotros superan en número a nuestras propias células. Cada vez se reconoce más el profundo impacto que esto tiene en la salud humana", apunta Flavell, investigador del Instituto Médico Howard Hughes y miembro del Departamento de Ciencias Cerebrales y Cognitivas del MIT.
"Desde hace tiempo se sabe que existen vínculos entre ambas. Nuestro estudio tuvo como objetivo identificar los mecanismos subyacentes mediante los cuales el sistema nervioso del huésped se ve afectado por las bacterias presentes en el tracto digestivo", señala.
Según Flavell, lograr una comprensión mecanicista fundamental de cómo interactúan las neuronas con las bacterias podría ayudar a mejorar los intentos de intervenir o manipular esas interacciones con fármacos o suplementos terapéuticos.
Flavell denomina a C. elegans un "especialista en bacterias" porque este diminuto gusano transparente ha evolucionado para alimentarse de bacterias, a la vez que necesita evitar las bacterias patógenas que podrían ser su perdición. Esto lo ha llevado a desarrollar un sistema nervioso especialmente adaptado para distinguir entre alimento y enemigo. En 2019, el laboratorio descubrió que la neurona NSM, que se proyecta hacia el tracto digestivo del gusano, emplea dos "canales iónicos sensibles al ácido" (ASIC) para detectar la ingestión de ciertas bacterias. Cabe destacar que estos canales iónicos son análogos a los que se encuentran en las neuronas humanas. Cuando la NSM detecta bacterias nutritivas, libera serotonina, lo que provoca que el gusano aumente su ritmo de alimentación y ralentice su movimiento para poder permanecer allí y alimentarse de la presa.
Para comprender realmente cómo funciona esto, los investigadores se dieron cuenta de que necesitaban saber exactamente qué detectan los canales iónicos en las bacterias. Para empezar, expusieron gusanos a 20 tipos diferentes de bacterias con las que se sabe que se encuentran y descubrieron que todas activaban la actividad NSM en distintos grados. Posteriormente, descompusieron las bacterias en componentes químicos cada vez más específicos para ver cuál o cuáles desencadenaban la NSM. Los experimentos descartaron muchos componentes, incluidos el ADN, los lípidos, las proteínas y los azúcares simples, y en su lugar descubrieron que son específicamente los azúcares polisacáridos que recubren muchas bacterias los que impulsan la activación de la NSM. En particular, en las bacterias grampositivas, una sustancia química llamada peptidoglicano activaba la NSM. En las bacterias gramnegativas, aparentemente intervenía un polisacárido diferente.
El equipo de investigadores también realizó experimentos que demostraron que los polisacáridos bacterianos en general, y el peptidoglicano en particular, no solo desencadenan la actividad eléctrica de los gusanos NSM, sino que también promueven la alimentación y la ralentización de su movimiento. Asimismo, demostraron que la eliminación genética de los ASIC anulaba estas respuestas. En resumen, demostraron que la detección de polisacáridos y peptidoglicano es suficiente para desencadenar los comportamientos del gusano y requiere la presencia de los ASIC.
Tras demostrar qué desencadena exactamente el reconocimiento de las bacterias por parte de los gusanos, los investigadores se preguntaron si también podrían identificar una señal de peligro que el gusano detecta en las bacterias dañinas. Para estos experimentos, utilizaron cuidadosamente Serratia marcescens, una bacteria que también es infecciosa para los humanos. Algunas cepas de esta bacteria son rojas, mientras que otras no. Las rojas, que poseen un pigmento llamado prodigiosina, tienden a ser mucho más letales para los gusanos. En sus pruebas, los investigadores descubrieron que cuando el NSM detectaba las bacterias sin pigmentar, la neurona se activaba y los gusanos seguían ingiriendo las bacterias; pero cuando la prodigiosina estaba presente, el NSM no se activaba y el gusano no la bombeaba ni disminuía la velocidad de alimentación.
La adición de prodigiosina a bacterias normalmente comestibles también suprimió la respuesta habitual de NSM. En otras palabras, los gusanos han evolucionado su comportamiento digestivo (y los detectores dentro de NSM) para evitar ingerir una sustancia química específicamente asociada con el peligro.
Flavell asegura que es probable que algunos de los mecanismos fundamentales destacados en el nuevo artículo sirvan de base para estudios de mecanismos similares en otros animales. "Desarrollamos un método para identificar estas vías metabólicas estudiando este organismo especializado en la detección de bacterias y que muestra respuestas robustas", explica Flavell. "Pero no hay razón para que estas vías se limiten a C. elegans. Los componentes moleculares que identificamos se encuentran en muchas especies, incluidos los mamíferos".
Los Institutos Nacionales de la Salud, la Fundación McKnight, la Fundación Alfred P. Sloan, el Instituto Médico Howard Hughes y la Fundación Freedom Together brindaron apoyo para el estudio.
