Los microbios intestinales ayudan a las ardillas terrestres a soportar la hibernación
ARRIBA: Una ardilla terrestre de trece líneas ROBERT STREIFFER
Cómo las ardillas terrestres pasan la mitad del año acurrucadas sin comer nada y, sin embargo, logran mantener su el equilibrio proteico, apenas perdiendo masa muscular, ha sido un misterio de larga data. Esto es particularmente notable dado que los períodos prolongados de inactividad y ayuno hacen que los cuerpos de los mamíferos obtengan algo de energía al descomponer las proteínas musculares, un proceso conocido como desgaste muscular.
Un estudio publicado en Science hoy (27 de enero) ofrece una pista sobre este fenómeno: las bacterias que residen en el intestino de las ardillas terrestres de trece líneas (Ictidomys tridecemlineatus ) convierten la urea, una molécula que se acumula durante la pérdida de masa muscular, en nitrógeno que se puede usar para construir nuevas proteínas, lo que podría contrarrestar la pérdida de masa muscular. Además de resaltar el papel de los microbios en la hibernación, estos hallazgos también pueden inspirar el desarrollo de terapias basadas en la microbiota para tratar afecciones humanas en las que la atrofia muscular es común, como la desnutrición.
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La ecologista y bioinformática de la Universidad de Alaska Anchorage, Kirsten Grond, que estudia las interacciones huésped-microbio en las ardillas pero no participó en este trabajo, dice que uno de sus aspectos más destacados es demostrar que los microbios recuperan nitrógeno ureico durante la hibernación, lo que ayuda a las ardillas a mantener sus tejidos durante la inactividad prolongada. Es fascinante que el microbioma sea otra parte importante de la salud general de estos mamíferos, agrega.
Amlan Patra, nutricionista animal de la Universidad de Ciencias Animales y Pesqueras de Bengala Occidental en la India que no participó en el estudio, escribe en un correo electrónico a The Scientist que La recuperación de nitrógeno ureico no es un fenómeno nuevo, ya que se sabe que ocurre en muchos animales rumiantes y no rumiantes. Pero estos nuevos hallazgos son interesantes, agrega, porque exploran mecanismos integrales de reciclaje de urea en mamíferos en hibernación y vinculan la microbiota intestinal con el metabolismo del huésped.
El reciclaje de nitrógeno de urea realizado por microbios se comprende particularmente bien en rumiantes . El ganado, por ejemplo, vive con una dieta relativamente baja en proteínas, dice la fisióloga Hannah Carey de la Universidad de Wisconsin-Madison, pero pueden desarrollar grandes músculos gracias a los microbios intestinales que pueden convertir la urea en formas biodisponibles de nitrógeno. Carey ha estudiado el tracto gastrointestinal de los animales en hibernación durante décadas, pero aprendió más sobre la fisiología de los rumiantes mientras impartía un curso para estudiantes de veterinaria. Inspirada en parte por los trucos microbianos que ocurren dentro de los intestinos de los rumiantes, se dispuso a probar si microbios similares podrían tener un papel funcional en los animales que hibernan. el volumen en las ardillas terrestres de trece líneas disminuye durante la primera fase de la hibernación, solo para aumentar más tarde, como si sus cuerpos comenzaran a prepararse para la primavera. Potenciando su masa magra y su proporción muscular al final de la hibernación. . . es especialmente extraño teniendo en cuenta que no absorben ninguna proteína, dice Felix Sommer, investigador de microbioma de la Universidad de Kiel en Alemania que no participó ni en ese estudio anterior ni en el nuevo. Los científicos se han estado preguntando cómo estos hibernadores logran hacer eso, señala.
Carey y otros en el campo plantearon la hipótesis de que esta ganancia muscular podría estar ocurriendo gracias a las bacterias ureolíticas dentro del intestino. Para probar esta idea, unió fuerzas con microbiólogos y bioquímicos con experiencia en el seguimiento de metabolitos dentro de los cuerpos de los animales.
La mayoría de las ardillas en el estudio nacieron en el campus de UW-Madison de hembras capturadas en la naturaleza, mientras que algunas eran hembras capturadas en la naturaleza. El equipo dividió a las ardillas en tres grupos, uno de ellos evaluado en verano, durante su fase activa, y los otros dos en su período de hibernación temprano o tardío en invierno. Se estimuló la hibernación colocando a las ardillas en una habitación fría en oscuridad constante. Los individuos dentro de cada grupo tenían un microbioma intacto o reducido debido al tratamiento con antibióticos.
Ardilla terrestre de trece líneas hibernandoROBERT STREIFFER
En un momento específico dentro de cada fase, el equipo inyectó urea marcada con isótopos estables en cada ardilla. En aquellos que estaban en hibernación, el procedimiento se realizó después de inducir la excitación al trasladar al animal a un laboratorio más cálido. Carey y sus colegas luego siguieron el destino de la molécula.
Las ardillas, como todos los vertebrados y muchos otros animales, no tienen ureasas, las enzimas necesarias para descomponer la urea. Las especies microbianas que los tienen son capaces de convertir la urea en amonio y CO2. Para detectar si tales especies estaban presentes y activas, el equipo buscó CO2 marcado isotópicamente en el aliento de los animales. El gas etiquetado solo se encontró en aquellas ardillas con microbiomas intactos, lo que sugiere que, de hecho, algunas de sus bacterias estaban descomponiendo la urea. Después de sacrificar a las ardillas, los análisis metagenómicos del contenido de su ciego, una bolsa que conecta los intestinos delgado y grueso, confirmaron la presencia de genes de ureasa. La proporción de dichos genes, sobre el número total de secuencias, fue mayor en invierno, aunque no significativamente.
Pero lo que importa es si la descomposición de la urea realmente beneficia al animal. En última instancia, lo que quiere ver, dice Carey, es la acumulación de este nitrógeno derivado de la urea en la proteína real. Y el equipo lo encontró. Después de sacrificar a las ardillas, se recolectó tejido hepático y músculo esquelético, y en ambos, los individuos con microbioma intacto tenían cantidades significativamente más altas de nitrógeno marcado incorporado en sus proteínas que los animales sin microbioma. Además, los niveles de nitrógeno marcado fueron más altos en las proteínas de los dos grupos de invierno que en las proteínas del grupo de verano. Estos resultados clave representan, en esencia, lo que el equipo quería probar, dice Carey. Nos emocionamos mucho con ellos, dice ella. El aumento de la síntesis de proteínas promovida por las bacterias ureolíticas puede ser clave para mantener el equilibrio de proteínas y la preservación de los músculos en las ardillas en hibernación, sugieren ella y los otros autores en su artículo.
Sommer, quien en 2016 informó la presencia de bacterias estacionales potencialmente beneficiosas para los osos pardos en hibernación, dice que estos nuevos hallazgos muestran que existe una interacción entre el huésped y su microbiota intestinal que permite adaptaciones específicas a la hibernación. Sin embargo, hay más, y este descubrimiento también podría ser prometedor para tratar el desgaste muscular en humanos, dice, por ejemplo, en personas desnutridas o ancianas. Una idea sería modificar genéticamente otras bacterias que se utilizan actualmente en formulaciones de probióticos para que expresen los genes de la ureasa, lo que podría dar a las personas tratadas el material necesario para construir nuevas proteínas. En este punto, sin embargo, esto es solo especulación, reconoce.
Incluso si los hallazgos en los hibernadores resultan no traducirse uno a uno a la fisiología humana, Sommer señala que, como muestra la historia de la ciencia, siempre es útil observar los extremos para poder descubrir procesos. que de lo contrario puede no ser tan obvio. Es decir, dice, estudiar adaptaciones a la hibernación, como la reportada en este estudio, puede generar nuevas ideas y servir como modelo para analizar ciertos procesos o desafíos que enfrentan los humanos.