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Microbioma y Trastornos del Desarrollo


El microbioma

El microbioma constituye el conjunto de microorganismos asociados a un hospedero principal. El superorganismo humano es resultado de la integración evolutiva entre el microbioma y su contraparte humana. La modificación del microbioma, sumado a los cambios en los hábitos sociales y alimentarios del ser humano a lo largo de su historia biológica ha llevado a la emergencia de numerosas enfermedades.

El  organismo humano es, entonces, una red compleja que presenta diez células microbianas para cada célula humana. Particularmente, el microbioma intestinal constituye una comunidad taxonómicamente compleja y ecológicamente dinámica e influye en el desarrollo, la maduración y la regulación, estimulación y supresión del sistema inmune. El sistema inmune asociado a mucosas incluye el 80 % de las células inmunes activas del cuerpo. La mayoría de ellas están presentes en el sistema gastrointestinal interactuando con antígenos de los alimentos y con este nuevo “órgano” que es el microbioma.

El  microbioma humano ha definido en conjunto no solo al sistema inmunológico con el cual convive, sino que también forma parte integral de procesos fundamentales como la producción de vitaminas, la digestión, la homeostasis energética, la integridad de la barrera intestinal y la angiogénesis en el cuerpo humano.  La fermentación de las fibras requiere la cooperación y asociación de diversos microorganismos. El microbioma realiza la conversión de butirato a butiril-CoA; este ácido graso de cadena corta es la principal fuente de energía de los colonocitos, células del colon cuyo desarrollo establece una barrera intestinal saludable.

En la red de la vida, nuestra evolución como especie y la evolución de nuestros microorganismos socios siempre han estado entrelazados.

LA PÉRDIDA DEL MICROBIOMA

El sistema inmunológico, y todo el organismo en general, han sido construidos y modulados en base a la integración y asociación con microorganismos, incluidos los considerados parásitos. Esta integración caracteriza a todos los organismos, pero solo el hombre fue separándose de su asociación con parte de su bioma.

La hipótesis de la higiene o hipótesis del agotamiento del bioma describe el impacto en la salud del ser humano que tuvo y tiene nuestra continua separación de nuestros organismos asociados

El microbioma que construyó al ser humano desde su primer momento como especie, se fue modificando al ser gradualmente “atacado” ante la evolución y los cambios sociales y tecnológicos de la era post-industrial. El uso de agua potable, el establecimiento en ambientes cada mes más asépticos, los procesos de sanitización, el uso y abuso de antibióticos, la aplicación de distintas terapias médicas, en combinación con el desarrollo tecnológico que ahora damos por normal y necesario, causaron la pérdida y la separación de una contraparte simbiótica. Como consecuencia el sistema inmune sufre un desbalance generando un aumento en la aparición de alergias y enfermedades autoinmunes debido a una respuesta inmune reactiva excesiva.

Hoy en día, muchas enfermedades son consideradas nuevas epidemias. La incidencia de un grupo de enfermedades ha aumentado desde la era industrial. Estas se relacionan con un sistema inmune hiperreactivo y este desequilibrio está relacionado con la separación de nuestra contraparte simbionte a lo largo de los últimos años. El fondo genético necesario para desarrollar alguna de estas enfermedades (factores intrínsecos) está directa y estrechamente relacionado e influido por el metabolismo del microbioma (factores extrínsecos). Entre las enfermedades autoinmunes e inflamatorias relacionadas a alteraciones del microbioma (o disbiosis) se pueden mencionar las enfermedades inflamatorias intestinales, la enfermedad de Crohn,  diabetes tipo 1, artritis, alergias varias. Muchas pueden ser tratadas mediante la restauración del bioma, proceso que en parte pretende ser realizado mediante la administración de probióticos, trasplantes de microbioma, o tratamientos con helmintos.

Actualmente nos interesa evaluar el impacto del microbioma en los transtornos generalizados del desarrollo y enfermedades de espectro autista (como síndrome de Rett y Autismo). La combinación de estrategias microbiológicas y alimentarias podría abrir alternativas en el tratamiento de las mismas.

Recientemente , hemos obtenido un subsidio de Mincyt para continuar con las investigaciones. Si bien los montos , en un contexto de inflación y dolar alto, no son muy generosos, intentaremos avanzar en el conocimiento de los transtornos generalizados del desarrollo, del microbioma y de las dietas que pueden modular al mismo.

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Alimentos Funcionales Probióticos


El colon es uno de los órganos metabólicamente más activos del cuerpo humano, y juega un papel muy importante en la nutrición y en la salud.
Entre los distintos componentes de la microflora colónica se encuentran algunas bacterias
(bifidobacterias y lactobacilos) que impiden el crecimiento de las nocivas para la salud humana y, por ello, en la actualidad hay un gran interés en mejorar el desarrollo de las que son benéficas, disminuyendo así el crecimiento de las potencialmente patógenas.
Ningún organismo elabora bacterias, es decir, no las genera, simplemente éstas se hospedan en nuestro intestino. Su incorporación es siempre externa.
Durante la vida intrauterina, la luz intestinal permanece estéril pero la colonización comienza inmediatamente luego del nacimiento y alcanza una estabilidad duradera hacia el primer año de vida.
Dicha estabilidad puede ser alterada durante episodios de infecciones intestinales, tratamientos antibióticos, inmunodeficiencias transitorias o crónicas y en la vejez.
La flora intestinal está siempre activa y se renueva aproximadamente cada 48 horas. Un factor externo que incide en la composición de la flora es la dieta y esto es particularmente evidente durante la lactancia.
Existen 3 estrategias alimentarias que promueven el mantenimiento de un equilibrio mas saludable de la microflora intestinal, consistentes en la alteración beneficiosa de su composición, mediante el incremento de las cantidades de bifidobacterias, de lactobacilos o de ambos basadas en la utilización de prebióticos, probióticos y simbióticos.
Los probióticos son microorganismos vivos reconocidos como habitantes normales del intestino humano que, al ser ingeridos, potencian las propiedades de la flora intestinal.
Los prebióticos son ingredientes alimentarios (hidratos de carbono no digeribles) que poseen un efecto favorable sobre la flora intestinal ya que estimulan selectivamente el crecimiento de bacterias benéficas.
Los simbióticos son la combinación de pre y probióticos.
Tanto los prebióticos como los probióticos son considerados alimentos funcionales, y se definen, como aquellos que contienen un componente, sea o no un nutriente, que afecta una o varias funciones del organismo en forma específica y positiva, promoviendo un efecto fisiológico que va más allá de su valor nutritivo tradicional.

 

Fuente: Anmat

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Lamarck


A Lamarck corresponde la imperecedera gloria de haber sido el primero en elevar la teoría de la descendencia a la altura de una teoría científica independiente y de haber hecho de la filosofía de la Naturaleza la base sólida de toda la biología.

Ernest Hæckel, Prólogo Filosofía Zoológica, Prólogo, p. VIII.
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Una exposición de Maximo Sandín


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Genética de poblaciones


La metáfora de genes alelos, representados como A y a  o B y b, proviene del trabajo de Mendel. Actualmente se sabe que no existen físicamente tales alelos, que reducir la complejidad de cualquier carácter a dos o múltiples alelos es erronea puesto que tras esa complejidad existen mecanismos generalizados, sistemáticos, como el splicing, epigénesis, y multiplicidad de factores inseparables del contexto y el devenir de cada proceso.

Cualquier análisis a partir del falso supuesto de la existencia de aquellos alelos, es totalmente errónea, falsa o ficticia. Más aun sabiendo que sería , si fuese real, solo válido para ciertos organismos eucariotas, soslayando la totalidad de la complejidad natural (¿Dónde quedan los probados casos de simbiogénesis que generan cambios evolutivos evidentes?). Por otra parte,  proyectar análisis y comportamientos de esos metafóricos alelos en poblaciones  ficticias no nos estará dando información de cómo se generan células eucariotas, novedades morfológicas, estructuras (la placenta, por decir una), aparición de planes corporales y todo gran cambio evolutivo.

¿Conocemos tal proyección de aquella metáfora mendeliana para analizar la naturaleza y que arrastra consigo un error central que invalida todo análisis posterior aun que tenga sentido solo en el marco de presunciones ficticias?

Si, se llama genética de poblaciones.

“Durante muchos años la genética de poblaciones constituyó una teoría poderosa e inmensamente rica sin virtualmente hechos satisfactorios sobre los que trabajar. Fue como una compleja y exquisita máquina diseñada para elaborar una materia prima que nadie había explotado con éxito. Ocasionalmente, algún prospector desusadamente listo o afortunado se encontró con un afloramiento natural de mena de alta graduación, y parte de la maquinaria se puso en marcha para demostrar a sus fiadores que realmente funcionaba. Pero la mayor parte de dicha maquinaria se dejó en manos de los ingenieros, siempre arreglándola, siempre mejorándola, anticipándose al día en que sería llamada a funcionar a pleno rendimiento. De improviso, la situación cambió. La veta principal fue barrenada y una profusión de hechos fueron vertidos sobre los cubos de esta máquina teórica. Sin embargo, de la máquina no ha salido nada. No es que la máquina no funcione, pues para una gran cantidad de ruidos de engranajes es claramente audible, si no son amortiguados, pero de alguna forma no puede transformar en productos acabados la gran cantidad de materias primas con que ha sido provista. Toda la relación entre teoría y hechos necesita una reconsideración.”
Richard Lewontin
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Darwin tiene razón cuando le copia a Lamarck


En una carta de Darwin a Nature en 1880 , escribe:

“Lamento ver que Sir Wyville Thomson no entiende el principio de la selección natural… Si lo hubiera hecho no habría escrito el siguiente párrafo en la Introducción al Voyage of the Challenger: “El carácter de la fauna abisal se niega a dar su apoyo último a la teoría que refiere que la evolución de las especies se debe a la extrema variación guiada solo por la selección natural.” Éste es un nivel de crítica que no resulta difícil encontrar en los teólogos y místicos cuando escriben sobre temas científicos, pero es algo nuevo viniendo de un naturalista… ¿Puede Sir Wyville Thomson nombrar a alguien que haya dicho que la evolución de las especies depende sólo de la selección natural? En lo que a mí respecta, creo que nadie ha formulado tantas observaciones sobre los efectos del uso y desuso de partes como yo en my “Variations of Animals and Plants under Domestication”; y tales observaciones fueron hechas con ese objetivo particular en mente. También he aportado una cantidad considerable de hechos que muestran la acción directa de las condiciones externas sobre los organismos.”

Entonces, el uso y desuso, que podemos seguir sosteniendo de manera mucho mas profunda y evidente con argumentaciones, hechos y datos actuales era ya considerado claramente un mecanismo evolutivo central. Y lo sabemos, fue enunciado por Lamarck 50 años antes que Darwin. Los mecanismos moleculares que subyacen a esto los estamos conociendo. El milieu de Lamarck, se vuelve central , dado que la complejidad de la vida debe entenderse en la dialéctica con ese ambiente en permanente fusion al organismo (no el organismo enfrentando a un ambiente externo).

Resta entonces concederle a Darwin que copió la idea de seleccion natural a Edward Blyth, Wallace, y una decena de naturalistas. Además, el mismo Darwin le reconoce menor importancia a esta supuesta omnipotente selección, la cual no escapa de ser una tautología que no aporta conocimiento alguno.

Entonces, verdaderamente, queda poco de Darwin, un aristócrata inglés que reunió muchas observaciones propias y ajenas, y que fue algo olvidadizo para reconocer a sus fuentes. La historia le dio un lugar de privilegio. A otros naturalistas como Lamarck, Tremaux, y tantos otros, se les privó del reconocimiento que merecen no sin antes tomar prestado todo el conocimiento que aportaron, el verdaderamente científico.

 

 

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El microbioma humano


El estudio del microbioma humano, la comunidad de microorganismos y colección de genomas que se encuentran en el cuerpo humano, es una de las áreas de investigación de enorme crecimiento.

El microbioma constituye el conjunto de microorganismos asociados a un hospedero principal. Es una parte integral del superorganismo que integran los microorganismos y el hospedero y éstos han co-evolucionado desde los primeros días de la existencia de la especie humana. La modificación del microbioma, sumado a los cambios en los hábitos sociales y alimentarios del ser humano a lo largo de su historia biológica ha llevado a la emergencia de numerosas enfermedades.

El  organismo humano es, entonces, una red compleja que presenta diez células microbianas para cada célula humana. Particularmente, el microbioma intestinal constituye una comunidad taxonómicamente compleja y ecológicamente dinámica e influye en el desarrollo, la maduración y la regulación, estimulación y supresión del sistema inmune.

El microbioma forma parte integral del sistema gastrointestinal, puesto que un intestino maduro y completamente funcional no se debe únicamente al tejido del hospedero sino además del metabolismo del microbioma, que interactúa y protege  las superficies intestinales manteniendo la homeostasis.

grafico microbiomaEsquema del superorganismo humano señalando las poblaciones microbianas según la región corporal (a), la variación en el número de acuerdo al género en el microbioma intestinal (b) y los géneros dominantes según la región del intestinjo (c). (Bahktiar et al., 2014).

El  microbioma humano ha definido en conjunto no solo al sistema inmunológico con el cual convive, sino que también forma parte integral de procesos fundamentales como la producción de vitaminas, la digestión, la homeostasis energética, la integridad de la barrera intestinal y la angiogénesis en el cuerpo humano. El genoma humano carece de los genes que codifiquen para enzimas requeridas para degradar polisacáridos vegetales que habitualmente consumimos, ricos en carbohidratos como xilanos  y pectinas.  Sin embargo, el microbioma provee esta capacidad ya que realiza el metabolismo de sacarosa, glucosa, galactosa, fructosa y manosa.  La fermentación de las fibras y los glicanos requiere la cooperación y asociación de diversos microorganismos. También realizan la conversión de butirato a butiril-CoA; este ácido graso de cadena corta es la principal fuente de energía de los colonocitos, cuyo desarrollo establece una barrera intestinal saludable. Los análisis metagenómicos han demostrado, además, la participación del microbioma en la síntesis esencial de aminoácidos y vitaminas.

Sobre el microbioma, y por lo tanto, sobre la salud del organismo humano, incide fundamentalmente la dieta, así como también otros factores como la forma de vida o el consumo de antibióticos.  Dado que existe una conexión evolutiva con la alteración de este microbioma y la aparicióno el incremento en la incidencia de numerosas enfermedades, es motivo actual de estudio los mecanismos que subyacen a tales anomalías y la forma de atenuar los efectos en lasalud. Entre estos estudios se encuentra el desarrollo de probióticos, prebióticos y sinbióticos sobre los cuales me referiré en otra entrada.

Bibliografía:

Salvucci, E. 2016. Microbiome, Holobiont and the Net of Life. Critical Reviews in Microbiology. 42(3): 485–494. doi: 10.3109/1040841X.2014.962478.

Salvucci, E. 2013. El agotamiento del bioma y sus consecuencias. Acta Biol. Colomb. 18 (1):31 – 42.

Bakhtiar, S.; LeBlanc, JG.; Salvucci, E.; Ali, A.; Martin, R.; Langella, P.; Chatel, JM.; Azevedo, V.; Miyoshi, A.; Bermudez-Humaran, L. 2013. Microbiome in human health and disease. FEMS Microbiology, 342:10–17.