Las comunidades de bacterias intestinales protegen contra patógenos nocivos mediante el bloqueo de nutrientes

Un nuevo estudio demuestra que diversas comunidades de bacterias residentes pueden proteger el intestino humano de los microorganismos causantes de enfermedades, pero este efecto protector se pierde cuando sólo está presente una única especie de bacterias intestinales. Los investigadores descubrieron que las comunidades protectoras bloquean el crecimiento de patógenos nocivos consumiendo nutrientes que el patógeno necesita, según publican en la revista ´Science´, lo que podría ayudar a desarrollar nuevas estrategias para optimizar la salud intestinal.

El intestino humano alberga cientos de especies bacterianas diferentes, conocidas colectivamente como microbioma intestinal. Uno de sus principales beneficios para la salud es la protección del intestino frente a patógenos invasores (microorganismos causantes de enfermedades) que podrían provocar infecciones perjudiciales. Pero hasta ahora no estaba claro cómo se producía este efecto protector ni si ciertas especies bacterianas desempeñaban un papel más importante que otras.

Para investigarlo, científicos de la Universidad de Oxford (Reino Unido) analizaron 100 cepas diferentes de bacterias intestinales de forma individual y combinada para determinar su capacidad de limitar el crecimiento de dos patógenos bacterianos nocivos: ´Klebsiella pneumoniae´ y ´Salmonella enterica´.

Las bacterias intestinales individuales mostraron una capacidad muy pobre para restringir la propagación de cualquiera de los dos patógenos, pero cuando se cultivaban juntas comunidades de hasta 50 especies, los patógenos crecían hasta 1.000 veces menos que cuando se cultivaban con cualquier especie individual. Este "efecto de protección comunitaria" se observó independientemente de si las bacterias se cultivaban juntas en viales o en ratones "libres de gérmenes" (que no tenían bacterias intestinales residentes al inicio de los experimentos).

El profesor Kevin Foster, del Departamento de Biología y Bioquímica de la Universidad de Oxford, destaca que "estos resultados demuestran claramente que la resistencia a la colonización es una propiedad colectiva de las comunidades microbianas; en otras palabras, una sola cepa sólo es protectora cuando se combina con otras".

Sin embargo, los investigadores descubrieron que los miembros de las comunidades bacterianas --y no sólo la diversidad global-- tenían un efecto crítico sobre el nivel de protección. Determinadas especies resultaron esenciales para la protección comunitaria, aunque por sí solas ofrecían poca protección.

Los investigadores demostraron que las comunidades bacterianas protectoras bloquean el crecimiento de patógenos consumiendo los nutrientes que éstos necesitan. Al evaluar los genomas de las distintas especies bacterianas, descubrieron que las comunidades más protectoras estaban compuestas por especies con composiciones proteínicas muy similares a las de 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.

Frances Spragge, del Departamento de Biología y Bioquímica de la Universidad de Oxford y autora del estudio, añade que, "aunque el aumento de la diversidad del microbioma aumenta la probabilidad de protección frente a estos patógenos, la clave está en el solapamiento de los perfiles de utilización de nutrientes entre la comunidad y el patógeno. Ciertas especies que desempeñan un papel crucial en la protección de la comunidad muestran un alto grado de solapamiento metabólico con el patógeno y, por tanto, demandas de nutrientes similares".

Los investigadores utilizaron este principio de bloqueo de nutrientes para predecir las 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 presentaban el mayor solapamiento de nutrientes con la cepa de ´E. coli´ resultaron hasta 100 veces más eficaces para reducir la abundancia del patógeno que las comunidades que se preveía que ofrecían una protección débil.

Según los investigadores, estos nuevos conocimientos podrían convertirse en estrategias novedosas para combatir los patógenos intestinales nocivos mediante la optimización de las comunidades del microbioma intestinal. También podrían explicar por qué los individuos pueden volverse más susceptibles a especies como ´K. pneumoniae´ después de tomar tratamientos antibióticos que pueden reducir la diversidad de especies del microbioma intestinal.

El doctor Erik Bakkere, también del Departamento de Biología y Bioquímica de la Universidad de Oxford, subraya que este trabajo "apoya la hipótesis general de que un microbioma más diverso puede ser beneficioso para la salud. Esto hace prometedor el objetivo de optimizar la composición de los microbiomas para proteger contra las especies bacterianas perjudiciales para la salud".