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Como especie, mantenemos una relación de amor o de odio con los microbios. Durante siglos, ni siquiera sabíamos que existían hasta que llegó el microscopio y la teoría microbiana de Louis Pasteur; de pronto, pudimos ver que los microorganismos causaban enfermedades mortales, como la plaga bubónica, la viruela y la tuberculosis. Ese conocimiento originó una guerra contra los microbios que derivó en nuevas maneras de tratar y prevenir las infecciones, lo que ha duplicado el tiempo de vida de la gente.

Sin embargo, no fue sino hasta recién que nos percatamos de que no podemos vivir sin algunos microorganismos. Nuestros cuerpos portan más de cien billones de bacterias en la piel, la boca, la nariz, los genitales y el intestino. Esas comunidades bacterianas —conocidas colectivamente como microbioma humano— pueden sintetizar las vitaminas, reforzar el sistema inmunitario, ayudar a digerir la comida e incluso favorecer la función cerebral.

Hoy en día, los científicos del Programa del Microbioma de Mayo Clinic usan la secuenciación genética y otras tecnologías para conocer mejor a esas bacterias y a nosotros mismos. Hasta el momento, han descubierto que el microbioma humano hace muchas más cosas buenas y malas por nosotros de lo que nunca imaginamos.

La cirujana, Dra. Heidi Nelson, dirige el programa del microbioma en Mayo Clinic.
La cirujana, Dra. Heidi Nelson, dirige el programa del microbioma en Mayo Clinic.

“El microbioma humano es uno de los más emocionantes horizontes científicos que se han visto en mucho tiempo”, dice la Dra. Heidi Nelson, directora del Programa del Microbioma en el Centro para Medicina Personalizada. “Es increíble ver que en todo este tiempo no hemos logrado entender que nuestra salud depende de la relación con los microbios, tanto con los que viven en nuestro interior como con los de nuestro derredor”, añade.

A tono con el intestino

Igual que sería difícil concebir una época en la que no se reconocía a los microbios como portadores de muerte y enfermedad, también es difícil comprender cómo se pudo pasar por alto a las prósperas comunidades microbianas que, literalmente, vivían bajo nuestras propias narices. Prácticamente toda la superficie del cuerpo humano está recubierta por microbios unicelulares que superan a las células humanas en una proporción de 10 a 1. Los componentes del microbioma humano pesan en conjunto 3 libras aproximadamente, lo que casi iguala el peso del hígado o del cerebro.

Estos microbios son tan inherentes a nosotros como nuestras propias células humanas, explica el Dr. Purna C. Kashyap, médico gastroenterólogo de Mayo Clinic en Rochester (Minnesota). “Realmente es imposible separarlos porque desde antes de que nosotros existiéramos, esos microbios ya estaban aquí y no piensan marcharse a ninguna parte; por lo tanto, mientras más sepamos sobre ellos, mejor será para nosotros”, apostilla el Dr. Kashyap.

El gastroenterólogo, Dr. Purna Kashyap, dice que el intestino se parece mucho al cerebro.
El gastroenterólogo, Dr. Purna Kashyap, dice que el intestino se parece mucho al cerebro.

 

El Dr. Kashyap estudia los trastornos gastrointestinales como el síndrome del colon irritable (IBS, por sus siglas en inglés), afección que afecta hasta al 20 por ciento de los estadounidenses. Los pacientes con síndrome del colon irritable sufren de ataques de cólicos y diarrea o de distensión abdominal y estreñimiento. Nadie sabe la causa, pero algunos estudios han planteado que los nervios en el intestino de quienes padecen el síndrome del colon irritable son más sensibles. “En realidad, el intestino tiene espíritu propio y cuenta con su propio sistema nervioso, el mismo que puede ser hasta más complejo que el del cerebro”, afirma el Dr. Kashyap.

Estos nervios, entre otras cosas, mantienen el tránsito de la comida desde un extremo al otro.

Trasplantes fecales

Hace pocos años, el Dr. Kashyap empezó a investigar cómo influyen las bacterias sobre los movimientos intestinales. Uno de los métodos empleados por él y su equipo consistió en el trasplante de microorganismos del intestino humano a ratones que carecían de todo microbio propio. Descubrieron que la composición microbiana de esos “ratones humanizados” dictaba la rapidez con la que los alimentos se desplazaban por el cuerpo. El Dr. Kashyap también descubrió que las heces de esos ratones cargados de gérmenes contenían niveles mayores del neurotransmisor serotonina que las de los ratones sin microbios.

La serotonina es mejor conocida como la sustancia química de la sensación de bienestar, pero solo una pequeña porción de la serotonina corporal es sintetizada en el cerebro; el resto de este neurotransmisor se produce en el tracto gastrointestinal, donde afecta a la motilidad y a la sensación (he ahí el origen de la expresión “tengo una sensación visceral” ante un pálpito). El Dr. Kashyap demostró que el microbioma genera unos metabolitos específicos —como el butirato y el acetato— que hacen al intestino aumentar la producción de serotonina. Ahora, el médico intenta entender cómo las comunidades bacterianas producen sus propios neurotransmisores que ejercen efectos similares sobre la fisiología intestinal.

“Desde hace mucho se ha implicado a la disfunción de la serotonina con ciertas enfermedades humanas como el síndrome del colon irritable”, asevera el Dr. Kashyap. “Los fármacos empleados para su tratamiento generalmente han apuntado contra los receptores de la serotonina, aunque ya no se utilizan debido a que los efectos secundarios han sido muy fuertes. Las bacterias que mejoran la producción de la serotonina pueden brindar una tentadora alternativa para el tratamiento de los trastornos relacionados con el intestino”, añade.

Debido a que las bacterias controlan muchos aspectos de la salud intestinal, el Dr. Kashyap empezó a preguntarse si los cambios en el microbioma pudieran hacer al intestino más atrayente para patógenos como el Clostridium difficile, generalmente conocido como C. difficile. Las infecciones por esta peligrosa bacteria anualmente cobran la vida de 14 000 estadounidenses. El Dr. Kashyap desarrolló todo un programa investigativo para estudiar los diferentes microbiomas de pacientes con y sin colitis por C. difficile.

El médico y sus colegas trataron la enfermedad mediante el trasplante de materia fecal de donantes sanos al tracto digestivo de los pacientes. Pese a que el método funciona el 90 por ciento del tiempo, no es muy tentador y es difícil de normalizar; por ello, el Dr. Kashyap ahora aplica la secuenciación genómica para obtener un censo bacteriano del intestino, antes y después del trasplante fecal. Una vez que sepa qué microbios se necesitan para producir un microbioma sano, podrá generar los ingredientes en el laboratorio y así eliminar la necesidad de heces donadas.

El ecosistema más complejo del mundo

Pese a que a menudo se piense que el microbioma es un órgano olvidado, no es un órgano ni tampoco un organismo, sino que es todo un ecosistema con mayor diversidad y complejidad que cualquier selva tropical. El microbioma intestinal alberga a más de mil especies diferentes de bacterias, cada una con su propia personalidad: unas son predadoras, otras son presas, algunas coexisten pacíficamente y ciertas luchan por obtener el poder.

El Dr. Nicholas Chia estudia la repercusión del microbioma sobre el cáncer de colon.
El Dr. Nicholas Chia estudia la repercusión del microbioma sobre el cáncer de colon.

El Dr. Nicholas Chia, biólogo de sistemas en Mayo Clinic de Rochester, cree que la clave para entender el fundamento ambiental de la enfermedad podría esconderse dentro de este diminuto ecosistema porque, después de todo, los miembros de esta comunidad microbiana son el primer punto corporal de contacto con el mundo exterior. Prácticamente todo lo que hacemos —sea correr en la cinta, tomar antibióticos o comer una hamburguesa— aparece en el microbioma y dependiendo del estímulo ambiental, los microbios intestinales podrían cambiar completamente o producir sustancias químicas capaces de predisponer al cáncer.

En la última década, los investigadores han publicado uno tras otro los estudios que demuestran una vinculación entre el microbioma y el cáncer colorrectal. Muchos de los estudios han analizado el desarrollo del cáncer de colon en ratones humanizados, mientras que otros han comparado las bacterias intestinales de las personas con la enfermedad frente a quienes no la tienen. El Dr. Chia dice que lo que ha faltado en estos estudios es buscar el factor de unión que presiona a todas estas especies diferentes de bacterias a provocar el cáncer.

“Los datos muestran que existen diferentes firmas del cáncer, o sea que hay distintas especies microbianas en los diferentes pacientes”, explica el Dr. Chia. “Librarse de esos microbios será igual a jugar al ‘dale al topo’ para derribar primero uno, luego a otro y así sucesivamente; pero en lugar de eso, se puede estudiar la química de estos microbios para entender cuáles bioproductos genotóxicos secretan a fin de saber qué se debe perseguir para detener el cáncer”, concluye el doctor.

Alimentación, microbioma y cáncer de colon

El Dr. Chia está particularmente interesado en identificar los metabolitos microbianos que pueden explicar la repercusión de la alimentación sobre el desarrollo del cáncer de colon. En su laboratorio, él crea modelos computacionales que tratan a cada cepa bacteriana como si fuera la línea de producción de una fábrica bioquímica. El Dr. Chia conecta una dieta microbiana típica —compuesta de una sopa de azúcares, aminoácidos y grasas— para luego calcular el resultado anticipado en base a la estructura química de cada microbio.

Descubrió, por ejemplo, que ciertas bacterias intestinales entran en acción ante un exceso de protones en el intestino, cosa que ocurre después de ingerir alimentos que producen ácido, tal como un trozo de carne. Las bacterias que reducen los sulfatos toman esos protones y los usan para producir sulfuro de hidrógeno, potente carcinógeno que también da a los gases intestinales ese revelador olor a huevo podrido. Los metanógenos ejercen el efecto opuesto: crean gas metano para proteger de daños al revestimiento intestinal.

Actualmente, el Dr. Chia todavía está perfeccionando sus modelos mecánicos en el computador, pero en algún punto desea probar sus hallazgos en ratones humanizados. Además, recolecta muestras de los pacientes con cáncer del colon que se someten a resecciones intestinales en Mayo Clinic, lo que le ofrece datos del mundo real que puede combinar con sus modelos para encontrar conexiones entre el metabolismo microbiano y el cáncer.

“Si logramos entender qué mecanismos están detrás del cáncer colorrectal, entones podremos prevenirlo. Creo que la respuesta puede ser tan sencilla como la alimentación. Igual que el esfuerzo por prevenir las enfermedades cardiovasculares se ha enfocado en eliminar las grasas saturadas y el sodio, cabe en lo posible descubrir que la alimentación puede fortalecer a los microbiomas para evitar el desarrollo de un cáncer”, dice el Dr. Chia.

Un método como este potencialmente trataría una amplia gama de problemas de la salud relacionados con el microbioma, lista que continúa creciendo y ahora incluye al síndrome del colon irritable, al cáncer, a la arteriopatía coronaria, a las úlceras gástricas, a la obesidad, a la artritis reumatoide, al asma, a las alergias, al autismo, a los trastornos del ánimo y a las caries.

“En los próximos diez años, creo que alcanzaremos un entendimiento mucho mayor de la interconexión entre los genes, el ambiente y el microbioma”, opina la Dra. Nelson, directora del Programa del Microbioma. “Ese conocimiento permitirá desarrollar una sólida máquina traslacional para adelantarnos a las enfermedades infecciosas y descubrir nuevas soluciones para trastornos como el cáncer, sobre los que nunca antes nos percatamos que tenían cimientos microbianos”, concluye la doctora.

— Marla Vacek Broadfoot