Cómo los microbios intestinales se alimentan entre sí para superar las deficiencias dietéticas, cambiar el comportamiento del huésped y mejorar la reproducción
Las bacterias intestinales utilizan una alimentación cruzada metabólica para superar las deficiencias dietéticas y cambiar el comportamiento del huésped y el rendimiento reproductivo. Crédito: Gil Costa
Para estudiar cómo el microbioma afecta el comportamiento de su huésped, un grupo de investigadores del Centro Champalimaud para lo Desconocido, en Lisboa-Portugal, utilizó la mosca de la fruta combinada con herramientas de alta tecnología para demostrar que dos bacterias intestinales establecer una alimentación cruzada metabólica que les permita crecer en dietas que carecen de los nutrientes que son esenciales para su crecimiento y que les permita cambiar la toma de decisiones y la reproducción del huésped. Los resultados revelan un mecanismo a través del cual la combinación correcta de bacterias puede conducir a la resistencia del microbioma a las perturbaciones dietéticas y cambios en la función cerebral.
Una ingesta equilibrada de aminoácidos esenciales es crucial para garantizar el bienestar y la salud de todos los animales. Los aminoácidos esenciales son los componentes básicos de las proteínas, pero también influyen en la cantidad de crías que producen los animales y en lo que los animales deciden comer. Curiosamente, los investigadores del Centro Champalimaud para lo Desconocido habían demostrado previamente que el microbioma juega un papel importante al determinar cómo los aminoácidos afectan el cerebro. Lo más desconcertante fue que las bacterias solo podían afectar las decisiones del animal cuando estaban presentes en combinaciones específicas. Es ampliamente conocido que el microbioma a menudo contiene muchas especies diferentes de bacterias, pero sigue siendo un misterio por qué se necesitan diferentes tipos de bacterias para influir en la función cerebral y alterar la fisiología del huésped.
Este es el rompecabezas que Carlos Ribeiro y su equipo en el Centro Champalimaud para lo Desconocido se propusieron abordar: «Estudiar cómo las bacterias afectan la fisiología de su huésped es una tarea abrumadora en organismos con microbiomas muy complejos. Esto es donde la mosca y su microbioma menos complejo emerge como una poderosa herramienta que nos permite diseccionar con precisión los mecanismos utilizados por la microbiota para cambiar las decisiones de alimentación del huésped», dice Slvia Henriques, investigadora postdoctoral y autora de este estudio publicado hoy ( 25 de agosto) en la revista Nature Communications.
Los investigadores dirigidos por Carlos Ribeiro, investigador principal y autor principal de este estudio, descubrieron previamente que las moscas privadas de aminoácidos esenciales individuales desarrollan un fuerte apetito por los alimentos ricos en proteínas . Sin embargo, en las moscas que se asociaron con dos bacterias muy abundantes en el microbioma (Acetobacter pomorum y Lactobacillus plantarum) su preferencia por las proteínas se redujo drásticamente y prefirieron comer azúcar. «Curiosamente, la asociación de moscas con cualquiera de estas bacterias por sí sola no pudo reducir el apetito de la levadura. Por lo tanto, en este nuevo estudio, nuestro enfoque principal fue comprender por qué estas dos bacterias en particular deben estar presentes para cambiar el comportamiento alimentario de la mosca. «, dice Ribeiro.
El trabajo de varios grupos que estudian el microbioma, incluido el Ribeiro Lab, ha demostrado que normalmente es necesario que una comunidad de bacterias, en lugar de bacterias aisladas, produzca un efecto en el comportamiento del huésped y esto probablemente se debió a sustancias específicas que producen las bacterias, los llamados metabolitos. Por lo tanto, el equipo se propuso medir las interacciones metabólicas establecidas entre las bacterias dentro del microbioma y mapear cómo las bacterias específicas y sus metabolitos afectan al animal.
Para abordar esto, los autores realizaron una serie de experimentos elegantes. . Para seguir las elecciones de alimentación de las moscas, los investigadores aprovecharon un sensor desarrollado en el laboratorio, el flyPAD, y lo utilizaron para medir con gran detalle el patrón de alimentación de las moscas individuales. Luego utilizaron mutantes bacterianos para comprender el impacto de funciones específicas de las células bacterianas en el comportamiento del huésped. Y con colaboradores de la Universidad de Glasgow, también utilizaron una técnica sofisticada llamada metabolómica resuelta con isótopos que les permitió rastrear los metabolitos que se intercambiaron entre las dos bacterias diferentes.
«Descubrimos que las dos bacterias intercambian metabolitos, y que esta alimentación cruzada (sintrofia) les permite crecer y actuar sobre el animal incluso si las dietas carecen de los nutrientes que son esenciales para ellos.Específicamente, ahora sabemos que las cepas de Lactobacillus producen lactato, que es utilizado por el Acetobacter cepas para sintetizar aminoácidos y otros metabolitos. Estos son luego utilizados por la cepa de Lactobacillus que no puede sintetizarlos para continuar produciendo lactato. Además, es muy probable que estos aminoácidos bacterianos sean utilizados por el animal para la producción de huevos. Pero lo más importante, ahora entender que el lactato también es utilizado por la bacteria Acetobacter para cambiar el comportamiento de la mosca», explica Darshan Dhakan, investigador postdoctoral y autor r de este estudio.
Al establecer esta relación de alimentación cruzada, la comunidad bacteriana se vuelve resistente a los cambios drásticos en la dieta, lo que permite su crecimiento en los intestinos de los animales que ingieren dietas que carecen de nutrientes esenciales para su supervivencia. Ribeiro agrega: «Está bien establecido que nuestra dieta afecta tanto al microbioma como a nuestro cerebro. Lo que lo complica es que el microbioma, a su vez, afecta cómo nos afecta la dieta y qué animales deciden comer. Esto lo convierte en un rompecabezas muy complejo». para resolver. Pero al combinar las tecnologías correctas con el sistema experimental correcto, podemos llegar al corazón de los mecanismos por los cuales el microbioma interactúa con nuestra dieta para afectar nuestro cerebro y nuestro cuerpo. Es importante, demostramos que las asociaciones correctas de bacterias pueden hacer que el microbioma sea resistente a las perturbaciones dietéticas, lo que explica por qué algunos animales y personas pueden ser más sensibles al contenido de nutrientes de los alimentos que otros. También es un hermoso ejemplo de cómo la naturaleza establece economías circulares donde nada se desperdicia y todos ganan».
En conclusión, este estudio es un ejemplo importante de cómo se pueden usar organismos modelo para desentrañar la influencia de la dieta en el microbioma y comprender la contribución individual iones de especies bacterianas intestinales sobre la función y el comportamiento del cerebro. «Las metodologías que se usaron en este estudio nos permitirán identificar todas las interacciones metabólicas establecidas entre las bacterias y nos permitirán comprender los mecanismos precisos responsables de alterar lo que los animales deciden comer y la función cerebral. Esa información se puede usar para guiar la búsqueda de mecanismos similares en animales con microbiomas mucho más complejos, incluso en humanos”, concluye Ribeiro.
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Las bacterias intestinales le dicen al cerebro qué deben comer los animales Más información: Slvia F. Henriques et al. La alimentación cruzada metabólica en dietas desequilibradas permite que los microbios intestinales mejoren la reproducción y alteren el comportamiento del huésped, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-18049-9 Información del diario: Nature Communications
Proporcionado por Champalimaud Center for the Unknown Cita: Cómo los microbios intestinales se alimentan entre sí para superar las deficiencias dietéticas, cambiar el comportamiento del huésped y mejorar la reproducción (25 de agosto de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-08-gut-microbes-dietary-deficiencies-host.html Este documento está sujeto a los 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.