La investigación en ratones muestra cómo la dieta altera la función del sistema inmunitario a través de un microbio intestinal
Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público
El cliché «eres lo que comes» se ha utilizado durante cientos de años para ilustrar el vínculo entre la dieta y salud. Ahora, un equipo internacional de investigadores ha encontrado la prueba molecular de este concepto, demostrando cómo la dieta afecta en última instancia a la inmunidad a través del microbioma intestinal.
El trabajo, realizado en ratones, revela que lo que consumen los animales inicia la liberación de un subproducto metabólico de un microbio intestinal específico que, a su vez, modula la inmunidad intestinal de los animales.
Los hallazgos, publicados 10 de noviembre en Nature, ofrece una explicación unificadora de la compleja interacción entre la dieta, la microbiota intestinal y la función inmunitaria. Son el resultado de la colaboración entre científicos de la Escuela de Medicina de Harvard, el Hospital Brigham and Women’s, la Universidad Nacional de Seúl y la Universidad de Monash en Australia.
Los experimentos identifican una molécula microbiana, cuya síntesis y liberación están influenciadas por la dieta del huésped. Esa molécula, a su vez, estimula la activación y la señalización de un subconjunto de células conocidas como células T asesinas naturales (NK), que participan en la regulación inmunitaria y están implicadas en una variedad de afecciones inflamatorias.
Mientras los científicos han conjeturado durante mucho tiempo que la dieta juega un papel en la salud inmunológica, el nuevo estudio aclara la cascada molecular precisa detrás de esta interacción, dijo el autor principal del estudio, Dennis Kasper, profesor de inmunología en el Instituto Blavatnik de la Facultad de Medicina de Harvard.
«Hemos demostrado cómo la dieta afecta el sistema inmunológico a través de un mediador microbiano en el intestino, y este es un ejemplo realmente sorprendente de la tríada dieta-microbiota-inmunidad en juego», dijo Kasper. «Lo que realmente hace este trabajo es proporcionar un camino paso a paso de principio a fin que explica cómo y por qué funciona esta tríada y cómo la dieta afecta en última instancia al sistema inmunitario».
Si se confirma en animales más grandes y eventualmente en humanos, los hallazgos pueden ayudar a informar el diseño de tratamientos de moléculas pequeñas que mejoran la inmunidad intestinal y general, dijeron los investigadores.
«Los microbios residentes en el intestino producen moléculas con una enorme diversidad estructural. Usamos microbios y herramientas químicas para dilucidar cómo las bacterias intestinales sintetizan estas moléculas y cómo actúan en el intestino del huésped», señaló el primer autor del estudio, Sungwhan Oh, investigador principal del Centro de Terapéutica Experimental y Lesiones por Reperfusión del Hospital Brigham and Women’s y ex becario postdoctoral compañero en el laboratorio de Kasper. «Nuestros hallazgos arrojan información fascinante sobre el microbioma, la dieta y la función inmunológica y brindan pistas interesantes sobre cómo las moléculas creadas por nuestros vecinos internos pueden usarse para diseñar terapias gn».
En una serie de experimentos, el equipo identificó la cascada de señalización inmunitaria provocada por la descomposición metabólica de los aminoácidos de la dieta en el intestino del ratón. Esta vía de múltiples pasos comienza con un animal que consume alimentos que contienen aminoácidos de cadena ramificada, llamados así por la estructura similar a una rama de árbol de una de sus cadenas moleculares. A continuación, los aminoácidos de cadena ramificada son absorbidos por B. fragilis, un microbio residente en el intestino, y convertido por una enzima específica en moléculas de azúcar y lípidos que también tienen cadenas ramificadas.B. fragilisthen libera moléculas de cadena ramificada que son detectadas y recogidas por una clase de células de señalización inmunitaria conocidas como células presentadoras de antígenos, que a su vez inducen a las células T NK a ejercer su respuesta inmunorreguladora a través de la regulación positiva de genes que controlan la inflamación y sustancias químicas inmunorreguladoras .
En particular, los experimentos demostraron que es la ramificación de la estructura de la cadena lo que inicia la cascada. Las versiones de cadena lineal de la molécula no produjeron el mismo efecto. Además, el equipo descubrió que B. fragilisal altera la estructura de las moléculas de azúcar y lípidos que metaboliza y las vuelve más capaces de unirse a receptores en células inmunitarias específicas e iniciar una cascada de señalización que culmina en la regulación negativa de la inflamación.
El trabajo también mostró que cada uno de tres aminoácidos de cadena ramificada diferentes consumidos por ratones produjeron cambios estructurales ligeramente diferentes en las moléculas de lípidos bacterianos, lo que resultó en diferentes patrones de unión con las células inmunitarias.
Coinvestigador del estudio Seung Bum Park, profesor de química en la Universidad Nacional de Seúl , sintetizó y el equipo de Harvard probó 23 configuraciones diferentes de la molécula inmunomoduladora hecha por microbios para determinar cómo interactúa cada una con las células inmunitarias que regulan la inflamación.
Los experimentos del equipo de Harvard revelaron que Las moléculas lipídicas de cadena ramificada indujeron a las células T NK a liberar la sustancia química de señalización inmunitaria IL-2, mientras que las versiones de cadena lineal fabricadas en laboratorio o f estas moléculas no lo hicieron. Así activadas, las células NK T, a su vez, indujeron la expresión de genes que regulan la inmunidad pero no de genes que impulsan la inflamación.
Usando un enfoque de biología estructural, Jamie Rossjohn, profesor de bioquímica y biología molecular en Monash Biomedicine Discovery Institute en Australia, aclaró cómo la estructura lipídica interactúa y se une a las células presentadoras de antígenos, las células inmunitarias que dan a las células T NK el visto bueno para producir sustancias químicas antiinflamatorias.
En un paso final, los investigadores trataron ratones con colitis ulcerosa con la molécula de azúcar y lípidos de cadena ramificada. A los animales que recibieron tratamiento con la molécula de cadena ramificada les fue mucho mejor que a los animales no tratados. No solo aumentaron de peso, sino que cuando los investigadores examinaron las células intestinales de los ratones bajo un microscopio, observaron que estas células también tenían signos mínimos de inflamación del colon.
Tomados en conjunto, los experimentos proporcionan un análisis estructural y molecular explicación de los efectos antiinflamatorios observados previamente de esta clase de lípidos de azúcar producidos por el microbio intestinalB. fragilis.
«Este trabajo ofrece un excelente ejemplo de investigación transdisciplinaria basada en descubrimientos que apunta a responder una pregunta importante en las ciencias biomédicas, a saber, cómo el sistema inmunológico puede ser modulado por la interacción entre la dieta y la microbiota». dijo Rossjohn.
En 2014, Kasper y sus colegas publicaron un estudio que mostraba que una molécula de azúcar y lípidos liberada por B. fragilis tenía efectos antiinflamatorios en el intestino y protegía a los ratones de la colitis, pero los científicos no sabían cómo el microbio producía estas moléculas, ni las características estructurales específicas de los lípidos de azúcar que conferían el efecto antiinflamatorio. El estudio actual responde a esta pregunta y demuestra que las moléculas de lípidos de azúcar producidas por este organismo en particular son de cadena ramificada y es precisamente esa estructura de cadena ramificada la que les permite unirse a las células inmunitarias de una manera que amortigua la señalización proinflamatoria de estas células.
«Nuestro nuevo trabajo demuestra que la ramificación de la estructura lipídica induce una respuesta muy diferente: la ramificación en la estructura induce una respuesta antiinflamatoria en lugar de proinflamatoria», dijo Kasper.
Los hallazgos ofrecen la esperanza de que las enfermedades inflamatorias mediadas por estas células T NK puedan ser tratadas algún día con moléculas microbianas que amortiguan la inflamación fabricadas en el laboratorio, dijeron los investigadores.
La función exacta de las células T NK, las células inmunitarias que la molécula hecha por microbios finalmente se activa para controlar la inflamación del colon en ratones no se comprende bien, dijo Kasper. Sin embargo, dado que estas células recubren el tracto gastrointestinal y los pulmones humanos y también se encuentran en el hígado y el bazo, es probable que desempeñen un papel importante en la regulación inmunitaria. Investigaciones anteriores apuntan a la posible participación de estas células en una variedad de afecciones inflamatorias, incluida la colitis ulcerosa, y a un posible papel en afecciones inflamatorias de las vías respiratorias, como el asma.
«Nunca podremos aislar suficientes moléculas inmunomoduladoras de bacterias para uso terapéutico, pero la belleza de esto es que ahora podemos sintetizarlas en el laboratorio», dijo Kasper. «La idea sería tener un fármaco que pueda modular la inflamación en el colon y más allá».
Los coautores incluyeron a T. Praveena, Heebum Song, Ji-Sun Yoo, Da-Jung Jung , Deniz Erturk-Hasdemir, Yoon Soo Hwang, ChangWon Lee, Jrme Le Nours, Hyunsoo Kim, Jesang Lee y Richard Blumberg.
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Los ácidos biliares que disuelven la grasa pueden ayudar a regular la inmunidad intestinal y la inflamación Más información: Sungwhan F. Oh et al, Lípidos inmunomoduladores del huésped creados por simbiontes a partir de aminoácidos de la dieta, Nature (2021). DOI: 10.1038/s41586-021-04083-0 Información de la revista: Nature
Proporcionado por la Escuela de Medicina de Harvard Cita: La investigación en ratones muestra cómo la dieta altera la función del sistema inmunitario a través de un microbio intestinal (2021, 16 de noviembre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-mice-diet-immune-function-gut.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.