LABORATORIO DE URGENCIAS

Adaptación del Huésped se  Asocia con Ciclo de Transmisión Alterado

                                                                                           Hilary Brownw; Alexandre Almeida; Nitin Kumar;
                                                                                           Kevin Adourn; David Goulding; Trevor Lawley et al

                                                                                                           Genome biology (2021); Vol 22: Article Number 204     

El intestino humano está colonizado por bacterias altamente adaptadas, principalmente de los filos Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria y Proteobacteria, vinculados con la salud y el desarrollo humano. La coevolución entre los humanos y estas bacterias simbióticas y anaeróbicas requiere que cada taxón bacteriano se transmita y colonice de forma fiel y eficiente, ya que la incapacidad de hacerlo conduce a la extinción de la microbiota autóctona. Por lo tanto, las adaptaciones clave de las bacterias simbióticas en las poblaciones humanas requieren la coordinación de las funciones de colonización y transmisión.
Las bacterias intestinales deben ser capaces de colonizar por encima de cierta abundancia para alcanzar niveles de excreción suficientes que garanticen la transmisión y sobrevivir en el entorno el tiempo suficiente para encontrar un huésped susceptible. Una vez ingeridas, las bacterias intestinales deben transitar por el tracto gastrointestinal, competir con el sistema inmunitario humano y con las bacterias autóctonas por nutrientes y nichos de replicación para colonizar.
La transmisión de la microbiota intestinal es un proceso continuo que comienza con la transmisión materna alrededor del nacimiento y continúa durante toda la vida, especialmente entre individuos que cohabitan en contacto regular. De hecho, la transmisión intestinal simbionte durante la cohabitación tiene un efecto más fuerte en la composición de la microbiota intestinal de un individuo que la genética humana, lo que destaca la importancia de la transmisión en la configuración de la composición y las funciones de la microbiota de un individuo. Por lo tanto, el ciclo de transmisión de las bacterias intestinales se sustenta en una profunda selección evolutiva que aún se comprende poco.
Las esporas son estructuras metabólicamente latentes y altamente resistentes producidas por bacterias Firmicutes que mejoran la supervivencia en condiciones adversas. La esporulación es utilizada por patógenos entéricos anaerobios como Clostridioides difficile (anteriormente Clostridium difficile) para promover la transmisión manteniendo la viabilidad ambiental. Tras la ingestión por un nuevo huésped, las esporas germinan en respuesta a los ácidos biliares intestinales.
Se ha demostrado que al menos el 50% de la microbiota intestinal comensal también produce esporas resistentes que pueden tolerar las condiciones ambientales durante semanas y posteriormente germinar en respuesta a los ácidos biliares. Por lo tanto, la producción de esporas mejora la supervivencia ambiental, promoviendo la transmisión entre huéspedes y la colonización de una gran proporción de la microbiota intestinal.
La esporulación es un proceso de desarrollo complejo, dependiente de cientos de genes, que tarda horas en completarse y que finalmente resulta en la destrucción de la célula madre original. Dado que la esporulación es fundamental para la transmisión de muchos Firmicutes intestinales, planteamos la hipótesis de que la pérdida fenotípica conferiría una ventaja relacionada con un ciclo de transmisión alterado que ya no depende de la persistencia ambiental. La pérdida de la esporulación se ha demostrado en condiciones experimentales bajo presiones de selección de nutrientes relajadas, lo que indica el mantenimiento del fenotipo mientras sea beneficioso.
Este estudio, que combina el análisis genómico a gran escala con la validación fenotípica de bacterias intestinales humanas del filo Firmicutes, demuestra que la pérdida de esporulación se asocia con características de adaptación del hospedador, como la reducción del genoma y capacidades metabólicas más especializadas. El análisis metagenómico a nivel de población humana revela que las bacterias que ya no son capaces de esporular son más abundantes en los individuos, pero menos prevalentes en comparación con las formadoras de esporas, lo que sugiere que una mayor capacidad de colonización y una menor cobertura de transmisión están vinculadas a la adaptación del hospedador dentro de la microbiota intestinal humana.
Los firmicutes suelen ser los microbios dominantes en el intestino humano y pueden generar esporas. Los investigadores evaluaron los genomas de 1358 especímenes de firmicutes y siguieron los cambios en ciertos rasgos, como la producción de esporas. Su trabajo sugirió que hay menos bacterias en el intestino capaces de crear esporas en comparación con las bacterias que ya no portan los genes para la producción de esporas en sus genomas. Por lo tanto, la pérdida de genes de producción de esporas podría estar relacionada con un aumento en la abundancia de una cepa bacteriana.
Microbios como los virus y las bacterias se han adaptado para vivir prácticamente en todas partes, incluso dentro del tracto gastrointestinal de muchos animales y humanos.
El objetivo es saber más sobre cómo los microbios intestinales se desplazan de un hospedador a otro. La investigación sugirió que los métodos que utilizan las bacterias para desplazarse también afectan tanto a sus funciones como a su posible abundancia.
Los microbios intestinales realizan funciones esenciales, como ayudarnos a digerir los alimentos y absorber nutrientes. Deben sobrevivir en un entorno prácticamente libre de oxígeno, lo que convierte a muchos de ellos en organismos anaeróbicos. Algunos microbios intestinales pueden generar esporas para poder transmitirse de una persona a otra y no sufrir daños al exponerse al oxígeno en el proceso. Las esporas son versiones resistentes de microbios que pueden soportar entornos hostiles y permanecen latentes hasta que llega el momento adecuado para su crecimiento. Si bien la transmisión de bacterias intestinales entre humanos es esencial para su supervivencia, las características genéticas y biológicas de las bacterias que les permiten hacerlo aún son poco conocidas.
Esta investigación comienza a desentrañar parte de este misterio al analizar los genomas y descubrir que la capacidad de las bacterias para producir esporas se ha perdido en múltiples ocasiones, lo que ha afectado a su evolución y función.
Los investigadores evaluaron firmicutes que habían recortado sus genomas y habían eliminado los genes que permiten la producción de esporas. Se creía que los genomas de estos microbios eran más especializados y estaban mejor adaptados a su huésped. Estos microbios estaban presentes en altos niveles en los microbiomas de los individuos, posiblemente debido a esos genomas bien adaptados.
Sin embargo, las cepas de Las bacterias que no producen esporas eran menos comunes en la población general. Los investigadores sugirieron que cuando las bacterias pierden la capacidad de esporular, tienen menos posibilidades de propagarse entre diferentes personas. Las bacterias con genes generadores de esporas más grandes podrían estar menos adaptadas a su huésped y no alcanzar niveles altos de crecimiento en el intestino.
Al aprender más sobre cómo se transmiten los microbios de una persona a otra y al intestino, los investigadores nos acercan a un punto en el que podemos usar el microbioma como herramienta terapéutica.
Comprender mejor las bacterias que nos habitan y cómo se adaptan a vivir en los humanos a través de su metabolismo será importante para el desarrollo de nuevas terapias y diagnósticos para las enfermedades mediadas por el microbioma.