Los mutantes neutros pueden prevalecer en la microbiota intestinal, mejorando la diversidad

El destino de los mutantes neutros que aparecen en varios lugares del intestino. (A) Relación de estado estacionario M/B de las concentraciones de bacterias mutantes a las de tipo salvaje y el número de eventos de reproducción R por unidad de volumen y unidad de tiempo frente a la posición xM de la introducción mutante. La relación M/B arroja la probabilidad de fijación de un mutante que aparece en una posición dada xM en el sistema. Como los mutantes generalmente aparecen tras la división, la aparición de nuevos mutantes es proporcional a R, lo que también es importante para la probabilidad general de que aparezca un mutante y se corrija. (B) Producto de la relación M/B y el número R de reproducciones por unidad de volumen y unidad de tiempo vs xM. Esta cantidad da la probabilidad de fijación de un mutante que aparece proporcionalmente a la tasa de reproducción. Los valores de los parámetros son los mismos que en la Fig. 1B, y F y B están inicialmente en estado estacionario como en la Fig. 1B, mientras que los mutantes se introducen localmente (en la práctica en el tiempo de integración numérica t = 500 h) usando la condición inicial en Eq . 3, con un número total NM=3,331011 de mutantes introducidos en el sistema. Crédito: DOI: 10.1073/pnas.2108671119

Los científicos de la EPFL y la Sorbona proponen un nuevo modelo de la diversidad y evolución de las bacterias intestinales que muestra cómo el entorno intestinal ayuda a que las mutaciones neutras se vuelvan prevalentes, con importantes implicaciones potenciales en la salud y las enfermedades metabólicas .

«Estamos acostumbrados a pensar en la evolución como un proceso muy lento, y este es definitivamente el caso de los grandes mamíferos, etc.», dice la profesora Anne-Florence Bitbol de la Escuela de Ciencias de la Vida de la EPFL. «Pero los virus evolucionan bastante rápido, como nos muestra la rápida sucesión de variantes de COVID-19. Las bacterias evolucionan en escalas de tiempo intermedias, y las que están presentes en nuestro intestino pueden evolucionar en escalas de tiempo relevantes para nosotros».

La mutación y evolución de las bacterias intestinales, puede afectar la salud pública de manera significativa; un ejemplo obvio es la resistencia a los antibióticos. En consecuencia, se ha investigado mucho para determinar los factores que influyen en la evolución de las bacterias intestinales, y algunos estudios han señalado la estructura real del intestino, incluido su flujo hidrodinámico que provoca diferentes gradientes de alimentos y concentraciones bacterianas a lo largo de su longitud.

Un nuevo modelo del intestino

En colaboración con Darka Labavi y Claude Loverdo de la Universidad de la Sorbona, Bitbol ha desarrollado ahora un «modelo mínimo» de mutación bacteriana y evolución en el intestino, proporcionando algunos conocimientos profundos sobre cómo el flujo interno intestinal afecta la distribución del acervo genético. El estudio se publica en PNAS.

«Nuestro modelo demuestra que la estructura espacial específica del intestino, con la hidrodinámica y los gradientes de concentración, puede aumentar sustancialmente la probabilidad de que los mutantes neutrales alcancen proporciones altas y eventualmente se apoderen de la población». «, dice Bitbol. Estos mutantes neutros se refieren a bacterias que experimentan mutaciones que no tienen ningún efecto sobre la tasa de crecimiento, o al menos su impacto es insignificante en el contexto de una población bacteriana completa.

«A medida que el entorno intestinal aumenta considerablemente el promedio esperado proporción de mutantes neutrales, también aumenta su capacidad de apoderarse finalmente de la población, en comparación con una población estándar bien mezclada», dice Bitbol. «Por lo tanto, el entorno específico del intestino mejora la diversidad bacteriana neutral».

Mutaciones neutrales en la salud y la enfermedad intestinal

Pero, ¿qué significa una prevalencia de mutantes neutrales en el intestino? «Significa que una fracción más grande de mutantes que aparecen aleatoriamente pueden alcanzar fracciones importantes en lugar de desaparecer rápidamente», explica Bitbol. «Esto puede aumentar la diversidad de la microbiota intestinal, así como su capacidad para adaptarse a los cambios ambientales. Y debido a que la composición de la microbiota intestinal puede afectar el metabolismo, esto podría tener implicaciones indirectas en el metabolismo».

Y los hallazgos también pueden tener implicaciones sobre cómo tratamos las enfermedades metabólicas, como la enfermedad inflamatoria intestinal. “Un punto clave es que el aumento de la diversidad y de la adaptabilidad que pronosticamos está fuertemente asociado con la existencia de fuertes gradientes de concentración de alimentos y bacterias en el colon”, dice Bitbol. «Las concentraciones bacterianas son mucho más bajas en el intestino delgado que en el colon, por lo que en la entrada del colon hay mucha comida y menos bacterias».

«Pero más abajo en el intestino, las bacterias se han comido la comida y se reprodujo, por lo que hay menos comida pero más bacterias. Si estos gradientes son más débiles, entonces la mejora de la diversidad que predice nuestro modelo también se debilitará. Esto puede suceder si la velocidad del flujo en el intestino cambia o si las contracciones de la los músculos intestinales se vuelven más fuertes o más débiles. Por lo tanto, podría haber posibles vínculos con trastornos metabólicos como la enfermedad inflamatoria intestinal. Comprender estos efectos podría ser un primer paso para aprender a modificarlos para mejorar dichas afecciones».

Siguiente pasos

Bitbol ya está planeando seguir este estudio para responder otras preguntas. «Hasta ahora, hemos trabajado en mutantes neutrales por simplicidad, pero investigar el caso de mutantes beneficiosos, los que aumentan la tasa de crecimiento, y mutantes nocivos, los que disminuyen la tasa de crecimiento, sería extremadamente interesante y daría una imagen más completa del impacto de la estructura espacial del intestino. sobre la evolución de las bacterias intestinales. También hay mucho por hacer para aumentar gradualmente el realismo del modelo».

Explore más

Microbiota intestinal: Evolución de bacterias con el poder mutagénico de las células cancerosas Más información: Darka Labavi et al, Flujo hidrodinámico y gradientes de concentración en el intestino mejoran la diversidad bacteriana neutral, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2021). DOI: 10.1073/pnas.2108671119 Información de la revista: Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias

Proporcionado por Ecole Polytechnique Federale de Lausanne Cita: Los mutantes neutros pueden prevalecer en el intestino microbiota, potenciando la diversidad (2022, 18 de enero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-01-neutral-mutants-prevail-gut-microbiota.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.