Las bacterias en los pulmones pueden regular la autoinmunidad en cerebros de ratas
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La comunidad de microbios que viven en los pliegues de los alvéolos de los pulmones no atrae la misma fascinación científica que sus vecino, el microbioma intestinal. Pero una nueva investigación en ratas sugiere que ejerce una influencia significativa sobre el sistema inmunológico, al igual que los microbios intestinales.
Científicos del Centro Médico Universitario de Gttingen demostraron que perturbar la comunidad bacteriana del microbioma pulmonar de rata que durante mucho tiempo se pensó que no existía puede regulan la autoinmunidad en el sistema nervioso central, según una investigación publicada el mes pasado (23 de febrero) en Nature. Específicamente, los científicos encontraron que ciertos tratamientos microbianos podrían alterar el comportamiento de las células microgliales en el cerebro de los animales, células que normalmente mantienen el sistema nervioso central al eliminar las células muertas o dañadas, lo que influye en el desarrollo de síntomas en un modelo de rata de esclerosis múltiple (EM). Podríamos aumentar o disminuir la capacidad de desarrollar una respuesta autoinmune en el [sistema nervioso central], dice a The Scientist.
El estudio es la primera demostración de un eje pulmón-cerebro, dicen los expertos a The Scientist, y ofrece un vistazo de lo que describen como un emocionante mecanismo potencial de administración de nuevos tratamientos médicos. Ver microbios pulmonares impactar en un órgano tan distante de los pulmones como el cerebro fue una gran sorpresa, Chengcheng Jin, biólogo de la Universidad de Pensilvania que no trabajó en el artículo pero estudia el microbioma pulmonar en el contexto del cáncer, le dice a The El científico.
Flgel explica que su equipo se inspiró en investigaciones anteriores que mostraban que algunas células del microbioma intestinal expresan proteínas que se asemejan a las que se encuentran en el sistema nervioso central. Esas proteínas parecen dar influencia a los microbios intestinales en el cerebro, por lo que dice que sintió curiosidad por saber si los microbios pulmonares podrían tener un impacto similar en el sistema nervioso central, especialmente a la luz de otras investigaciones que encontraron que ciertos ambientes en los pulmones pueden favorecer la autoinmunidad.
Específicamente, los investigadores dieron a las ratas una variedad de tratamientos destinados a alterar sus microbiomas pulmonares y midieron cómo afectaban las respuestas autoinmunes de los animales a la encefalomielitis autoinmune experimental pulmonar (EAE pulmonar), un modelo animal común de EM. En él, se induce una condición similar a la EM acelerada mediante la transferencia de células T inflamatorias autorreactivas a ratas sanas.
Las células de la microglía detectan continuamente estas señales provenientes del microbioma del pulmón.
Alexander Flgel, University Medical Center Gttingen
Antes de la inducción de EAE pulmonar, las ratas fueron tratadas con antibióticos específicos todos los días durante una semana. Algunas de las ratas recibieron el antibiótico neomicina, mientras que otras recibieron polimixina B, que se dirige a diferentes microbios. Además de monitorear la salud de las ratas, los investigadores extrajeron células de la médula espinal todos los días para monitorear los cambios en el sistema nervioso central. Seis días después del tratamiento, los investigadores observaron que la microglia en las muestras del grupo de neomicina entró en un estado antiinflamatorio, contrarrestando la inflamación provocada por las células T introducidas. Esto finalmente resultó en que las ratas mostraran menos síntomas. Flgel asocia ese efecto protector con la neomicina que cambia el microbioma pulmonar hacia taxones productores de lipopolisacáridos que parecen influir en la microglía de una manera protectora, dice.
Por el contrario, el tratamiento con el antibiótico polimixina B dirigió el microbioma pulmonar en la dirección opuesta, suprimiendo los taxones que producen lipopolisacáridos, preparando la microglía para que entre en un estado proinflamatorio y empeorando los resultados de la EAE pulmonar.
Los investigadores descubrieron que tratar el grupo de la polimixina B con lipopolisacáridos o taxones de bacterias que los producen aliviaron los síntomas de los animales, lo que indica que las bacterias desempeñan un papel activo en la modulación de la respuesta autoinmune y la determinación de los resultados de la enfermedad. Como explica Flgel, parece haber una relación continua entre las bacterias pulmonares y la microglía cerebral. Las células de la microglía detectan continuamente estas señales provenientes del microbioma del pulmón.
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El estudio no ofreció una explicación completa de por qué o cómo los cambios en el microbioma pulmonar resultaron en cambios en el sistema nervioso central. dice. Jin explica que el microbioma pulmonar es un área muy poco investigada y que el progreso se ha producido recientemente debido a la aparición de nuevas tecnologías de secuenciación. Pero los expertos le dicen a The Scientist que el fenómeno tiene sentido según lo que se sabe sobre los órganos residentes microbianos. Si bien las bacterias pulmonares son ampliamente superadas en número y masa por las del intestino, tienen mucho mejor acceso al torrente sanguíneo y, por extensión, al resto del cuerpo.
Con el microbioma intestinal, toda la sangre de el intestino, todos los metabolitos, pasan por tres libras de hígado, el investigador de medicina genómica del Imperial College de Londres, William Cookson le dice a The Scientist. Se sacan y modifican muchas cosas. En las vías respiratorias, existe una estrecha asociación entre los insectos y una membrana mucosa muy, muy porosa, y [los productos microbianos pueden ir] directamente a la circulación general. Por lo tanto, está mucho más cerca de otros órganos como el cerebro.
Cookson agrega que el artículo representa una parte importante del nuevo reconocimiento de los científicos de que el microbioma pulmonar está muy, muy cerca del sistema inmunitario y que como resultado, existe la misma oportunidad en las vías respiratorias para todos los impactos e influencias conocidos que el microbioma intestinal ejerce en todo el cuerpo.
Ver Los microbios perturbados contribuyen al daño pulmonar del tratamiento con oxígeno
Todavía quedan preguntas. El principal de ellos es determinar qué, exactamente, se transporta desde el pulmón al cerebro para inducir los cambios microgliales. Cookson especula que las bacterias liberan antígenos similares a los que liberan las células humanas.
Cuando el microbioma intestinal influye en el sistema inmunitario, explica Flgel, lo hace desencadenando la activación y posterior migración de las células T. Pero el mecanismo desencadenado por el microbioma pulmonar, cualquiera que sea, parece diferir. Flgel dice que el equipo no observó ningún indicio de activación de células T en los pulmones, ni tampoco ninguna migración de células T. Tampoco observaron un efecto autoinmune concentrado en la periferia del cerebro, donde las células T de los pulmones habrían ingresado principalmente e influenciado el sistema nervioso central, un hallazgo que coincide con un artículo de Nature de una década de antigüedad realizado por el mismo equipo. Algo más debe estar pasando, sospecha que se libera alguna molécula de señalización para activar la microglía.
El hecho de que los tratamientos con antibióticos en el pulmón activaran células en el sistema nervioso central pero no células inmunitarias en los pulmones fue una sorpresa para Jin, ella dice. Los hallazgos son súper emocionantes; abren más preguntas para el futuro.
En cuanto a la posibilidad de tratamientos relacionados con el microbioma pulmonar en humanos, hay un largo camino por recorrer, según los expertos. Sin embargo, si el tratamiento de afecciones neurológicas a través del microbioma pulmonar es posible, Flgel dice que debería volverse al menos tan atractivo como las manipulaciones de microbios intestinales a los ojos de los médicos y los investigadores farmacéuticos, porque la población bacteriana más pequeña en el pulmón y la falta de filtrado a través del hígado significan que las manipulaciones podrían ser más suaves de lo necesario para alterar significativamente el intestino.
Cookson llama a la idea muy emocionante, especialmente dada la proximidad de los pulmones al torrente sanguíneo. Creo que la capacidad de manipular cosas en los insectos de las vías respiratorias se volverá muy importante, dice. Creo que hay un enorme potencial aquí.