El microbioma intestinal, también conocido como flora intestinal, desempeña un papel vital en la salud humana. Esta enorme y constantemente cambiante comunidad de microorganismos se moldea por innumerables intercambios químicos, tanto entre los propios microbios como entre los microbios y el cuerpo humano. Para que estas interacciones funcionen, las bacterias intestinales deben ser capaces de detectar nutrientes y señales químicas a su alrededor. A pesar de su importancia, los científicos aún saben relativamente poco sobre el rango completo de señales que los receptores bacterianos pueden reconocer.
Una pregunta clave sigue sin respuesta: ¿qué señales químicas son más importantes para las bacterias intestinales beneficiosas?
Un Nuevo Enfoque en la Investigación Microbiológica, Más Allá de los Patógenos
Hasta ahora, gran parte de lo que los científicos entienden sobre la detección bacteriana proviene del estudio de organismos modelo, especialmente bacterias causantes de enfermedades. Se ha prestado mucha menos atención a los comensales, los microbios no patógenos o beneficiosos que viven naturalmente en el cuerpo humano. Esta brecha ha dejado a los investigadores preguntándose qué tipo de información química están detectando realmente estas bacterias beneficiosas en su entorno.
Un equipo de investigación internacional, liderado por Victor Sourjik, se propuso abordar esta cuestión. El grupo incluía a científicos del Instituto Max Planck de Microbiología Terrestre, la Universidad de Ohio y la Universidad Philipps de Marburgo. Su trabajo se centró en Clostridia, un grupo de bacterias móviles que se encuentran en grandes cantidades en el intestino humano y que se sabe que apoyan la salud intestinal.
Bacterias Intestinales Detectan una Amplia Gama de Nutrientes
Los investigadores descubrieron que los receptores del microbioma intestinal humano pueden reconocer una sorprendente variedad de compuestos metabólicos. Estas sustancias incluyen productos de descomposición de carbohidratos, grasas, proteínas, ADN y aminas. A través de un cribado sistemático, el equipo también identificó patrones claros. Diferentes tipos de sensores bacterianos mostraron preferencias distintas por ciertas clases de productos químicos.
Este hallazgo reveló que las bacterias intestinales no responden aleatoriamente a su entorno, sino que están selectivamente sintonizadas con señales metabólicas específicas.
Lactato y Formato se Destacan como Señales Clave
Combinando experimentos de laboratorio con análisis bioinformáticos, los investigadores identificaron múltiples ligandos químicos que se unen a los receptores sensoriales que controlan el movimiento bacteriano. Estos receptores ayudan a las bacterias móviles a detectar nutrientes que son especialmente valiosos para el crecimiento. Los resultados sugieren que el movimiento en estas bacterias está impulsado principalmente por la búsqueda de alimento.
Entre todos los productos químicos probados, el ácido láctico (lactato) y el ácido fórmico (formato) aparecieron con mayor frecuencia como estímulos. Esto sugiere que estos compuestos pueden servir como fuentes de nutrientes especialmente importantes para las bacterias intestinales.
La Alimentación Cruzada Apoya un Microbioma Saludable
Algunas bacterias intestinales pueden producir lactato y formato por sí mismas, lo que destaca la importancia de la ‘alimentación cruzada’. En este proceso, una especie bacteriana libera metabolitos que otras especies utilizan como alimento. Este tipo de cooperación ayuda a estabilizar el ecosistema intestinal.
“Estos dominios parecen ser importantes para las interacciones entre las bacterias en el intestino y podrían desempeñar un papel clave en el microbioma humano sano”, explica Wenhao Xu, investigador postdoctoral en el grupo de investigación de Victor Sourjik y primer autor del estudio.
Descubrimiento de Nuevos Receptores Sensoriales
A través de un análisis sistemático de múltiples sensores, el equipo identificó varios grupos de dominios sensoriales previamente desconocidos. Estos sensores recién caracterizados son específicos para el lactato, los ácidos dicarboxílicos, el uracilo (un componente básico del ARN) y los ácidos grasos de cadena corta (AGCC).
Los investigadores también determinaron la estructura cristalina de un sensor dual recién descubierto que responde tanto al uracilo como al acetato. Esto les permitió comprender cómo estas moléculas se unen al sensor a nivel molecular. El sensor pertenece a una gran familia de dominios sensoriales con diversas funciones.
La Evolución Muestra una Flexibilidad Notable
Al examinar las relaciones evolutivas entre los sensores de uracilo y los dominios sensoriales relacionados, el equipo descubrió que la especificidad del ligando puede cambiar relativamente fácilmente con el tiempo. Esta flexibilidad ayuda a explicar cómo las bacterias adaptan sus capacidades de detección a medida que cambian sus entornos.
“Nuestro proyecto de investigación ha ampliado significativamente la comprensión de las capacidades sensoriales de las bacterias intestinales beneficiosas”, afirma Victor Sourjik. “Hasta donde sabemos, este es el primer análisis sistemático de las preferencias sensoriales de bacterias no modelo que colonizan un nicho ecológico específico. De cara al futuro, nuestro enfoque se puede aplicar de manera similar para investigar sistemáticamente las preferencias sensoriales en otros ecosistemas microbianos”.
