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Ann Nestl [Esp] 2009;67:3948 DOI: 10.1159/000225915

Microbiota intestinal, obesidad y diabetes

Rodrigo Bibiloni Mathieu Membrez Chieh Jason Chou

Centro de Investigacin Nestl, Lausana , Suiza

Introduccin

La obesidad es uno de los problemas crnicos de salud ms frecuentemente debatidos en el mundo desarrollado y cuya prevalencia ha aumentado significativamente en las dos ltimas dcadas. En EE.UU., el 60% de los adultos presentan sobrepeso u obesidad [1] . La situacin es tam-bin frecuente en Europa, especialmente en las mujeres y en los pases europeos meridionales y orientales, donde la prevalencia de obesidad ha aumentado del 10 al 40% aproximadamente durante los 10 ltimos aos [2] . La dia-betes, en particular la diabetes de tipo 2, una patologa concomitante con la obesidad, prevalece tambin en los pases desarrollados. Segn la Federacin Internacional de Diabetes, esta enfermedad afecta a ms de 246 millo-nes de personas en todo el mundo [3] .

La regulacin del peso corporal se basa en un clculo simple, con la ingestin de energa y el gasto de energa en cada lado de la ecuacin. No obstante, la eficiencia me-tablica individual a menudo vara enormemente, dando lugar a una propensin individual diferente en cuanto a la aparicin de obesidad. Se ha comunicado que factores genticos, ambientales, conductuales y psicosociales des-empean un papel en la aparicin de obesidad. Especial-mente con respecto a los factores genticos, una gran can-tidad de investigacin se ha centrado en la bsqueda de las causas genticas de la obesidad. Aunque las diferen-cias genticas tienen una importancia indudable, la nota-ble elevacin de la prevalencia de obesidad en los ltimos aos no puede atribuirse solamente a los genes; no deben

Palabras clave Microbiota intestinal Obesidad Diabetes Mtodos de base molecular

Resumen La creciente epidemia de obesidad ya ha dejado de estar restringida slo a los pases desarrollados. En el 2005, la Or-ganizacin Mundial de la Salud alert que en todo el mundo haba aproximadamente 400 millones de adultos obesos y que aproximadamente 20 millones de nios presentaban sobrepeso. La obesidad es un problema sanitario complejo y de consecuencias graves, como la diabetes de tipo 2 y las enfermedades cardiovasculares y de otro tipo. Se han sea-lado factores conductuales, genticos y medioambientales como contributivos del sobrepeso y la obesidad. Datos re-cientes indican que la poblacin de microorganismos resi-dentes en el intestino, conocida como microbiota intestinal, puede influir sobre la absorcin de nutrientes y el almacena-miento de energa. Se ha demostrado que la composicin macrobitica difiere tanto entre ratones como entre huma-nos obesos y magros, lo que deja entrever que la modula-cin de la composicin microbitica intestinal ofrece una nueva va para el tratamiento de la obesidad y el sobrepeso. En esta revisin se recuerdan los datos cientficos disponi-bles que respaldan estas especulaciones. Tambin se reco-pilan en esta revisin los resultados recientes obtenidos en estudios destinados a las contribuciones de la microbiota in-testinal a la diabetes.

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dejarse de lado otros factores como las alteraciones con-ductuales y ambientales. Recientemente, los microbios residentes en el intestino, conocidos en conjunto como microbiota intestinal, han sido identificados como uno de los factores ambientales. Una mayor aproximacin a esta poblacin microbiana podra contribuir a conocer su potencial como medio teraputico para tratar la obesi-dad.

Composicin de la microbiota intestinal

La complejidad del ecosistema microbiano intestinal ha sido estudiada y revisada extensamente durante estos ultimsimos aos. Se dispone de datos slidos a favor de que en el tubo gastrointestinal (GI) humano estn repre-sentados cuatro tipos bacterianos: Firmicutes (grampo-sitivos), Bacteroidetes (gramnegativos), Actinobacterias

(grampositivas) y Proteobacterias (gramnegativas) [4, 5] . Los hongos y Archaea pueden ser tambin residentes, pero comprenden menos del 1% de la poblacin total [6, 7] , lo que ilustra que el ecosistema intestinal est domi-nado claramente por las bacterias, en particular las co-rrespondientes a los tipos Firmicutes y Bacteroidetes ( ta-bla 1 ).

No obstante, han sido demostradas variaciones indi-viduales en un nivel taxonmico ms profundo. Asimis-mo, las variaciones en las densidades de poblacin y la diversidad de las especies bacterianas en todo el tubo gas-trointestinal se asocian tanto a las caractersticas anat-micas como a las condiciones ambientales del tubo diges-tivo. Por ejemplo, la boca y la cavidad oral presentan ar-quitecturas complejas al contrario que el resto del sistema GI, que es principalmente tubular; la presencia de cidos biliares en el duodeno o las condiciones cidas del est-mago generan una presin de seleccin ambiental para

Tabla 1. Anlisis de la composicin de los tipos principales de la microbiota intestinal con mtodos independientes de cultivos

Mtodo Muestras Suje-tosn

Clones/lecturasn

Tipos bacterianos, % Referencia

Firmi-cutes

Bacte-roidotes

Proteo-bacterias

Actino-bacterias

Otros tipos/gruposdesconocidosa

Hibridizacinpor transferenciade manchas

Heces 27 6 sondas 30,6 37 0,7 0,7 30 Sghir y cols. [8], 2000

Microscopapor HFIS

Heces 11 13 sondas 52,6 27,7 0,2 16,7 2,8 Harmsen y cols. [9], 2002

HFIS/flujocitometra

Heces 91 18 sondas 57,1 8,5 0,1 4,4 29,9 Lay y cols. [10], 2005

Bibliotecasde clonesARNr 16S

Heces 1 295 64,8 31 n.c. n.c. 4,2 Suau y cols. [11], 1999Biopsias colnicas 3 110 66,3 26,4 3,6 n.d. 3,7 Hold y cols. [12], 2002Heces 3 744 83 11 0,9 2 3,1 Hayashi y cols. [13], 2002Heces 6 240 58,7 14,5 26,6 n.d. n.c. Hayashi y cols. [14], 2003Biopsias y heces 3 13.355 51 48 0,6 0,2 0,2 Eckburg y cols. [4], 2005Heces 12 18.348 83,7 8,0 2,0 2,9 3,4 Ley y cols. [15], 2006Biopsias colnicas 14 235 52,8 27 6,4 1,3 12,5 Bibiloni y cols. [16], 2006Biopsias colnicas 190 15.172 49,2 22,8 21 5,6 1,4 Frank y cols. [17], 2007Heces 47 3.753 70 n.c. n.c. 2 n.c. Kassinen y cols. [18], 2007

Metagenmica Heces 8 652.304 4,5 14,3 5,2 2,2 73,8b Kurokawa y cols., 2007 [19]

Pirosecuenciado454 de ARNr 16S

Heces 6 12.766 81,2 2,5 1,7 14,6

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los microorganismos locales. Los nmeros mximos de microorganismos se hallan en el colon humano, donde se han registrado ms de 10 11 microorganismos/g de conte-nido (peso en fresco) [11] . En contraste, el tubo GI de otros vertebrados posee cantidades de bacterias relativa-mente extensas (principalmente lactobacilos) en el intes-tino proximal. En los ratones esto se debe a la adherencia de los lactobacilos sobre la superficie del epitelio no se-cretor del estmago, permitiendo que las bacterias for-men biofilms [21] .

Evaluacin de la microbiota intestinal

Gran parte de la informacin sobre la diversidad del ecosistema intestinal slo ha podido obtenerse durante la ltima dcada con la introduccin de los mtodos inde-pendientes de cultivos, que fijan como objetivo las se-cuencias de nucletidos de la subunidad ribosmica (ARNr 16S en el caso de bacterias). El empleo de estas metodologas ha revelado una complejidad muy superior de las poblaciones bacterianas a la que se haba estimado inicialmente basndose en el cultivo bacteriolgico clsi-co. En un trabajo reciente se da a entender que el nmero de especies bacterianas contenidas en el tubo GI podra oscilar entre 15.000 y 36.000 [17] en funcin del mtodo de clasificacin. En consecuencia, resulta crucial estudiar la microbiota intestinal desde un punto de vista ecolgi-co: el aislamiento de bacterias en cultivos puros no puede abordar cuestiones referentes a la estructura, la funcin, la dinmica y la interaccin de la comunidad. Adems, los trabajos sobre la evaluacin de la microbiota intestinal tienen que ser evaluados cuidadosamente basndose en el diseo del estudio y el tamao de la poblacin, as como en el marco de ventajas y limitaciones de las tecnologas descritas anteriormente ( tabla 1 ).

El uso generalizado del gen ARN ribosmico 16S como biomarcador iniciador para estudiar las poblaciones bac-terianas se debe a propiedades intrnsecas de la molcula de ARN: (1) Aparece en todos los microorganismos vivos; (2) posee un elevado grado de constancia funcional; (3) el cambio en su secuencia es un indicador de relacin filo-gentica; (4) puede ser secuenciado directamente utili-zando iniciadores dirigidos a regiones conservadas; (5) en las bases de datos pblicas se dispone de ms de 300.000 secuencias no redundantes.

Los mtodos basados en el ARN para estudiar la eco-loga microbiana pueden dividirse en dos amplios gru-pos en trminos de su grado de resolucin: los de alta resolucin pueden utilizarse para generar un inventario

de especies dominantes, mientras que los de baja resolu-cin pueden proporcionar informacin cuantitativa de grupos bacterianos seleccionados dentro de la microbio-ta dominante o un perfil dinmico de la poblacin mi-crobiana.

Los mtodos de configuracin, como la reaccin de cadena de polimerasas (RCP) acoplada a electroforesis en gel de gradiente desnaturalizante, han sido muy ti-les para comparar poblaciones diferentes. Estas herra-mientas han sido utilizadas con xito para monitorizar desplazamientos de comunidades bacterianas, no slo en el tubo GI de humanos y diversos animales [2225] , sino tambin en otros diversos entornos, como el ecosis-tema marino [26] o el ecosistema del suelo. Aunque me-nos frecuentemente, tambin se han utilizado el poli-morfismo de longitudes de fragmentos de restriccin y el polimorfismo de conformacin monocatenario. Aun-que estos mtodos no son cuantitativos, podran adap-tarse para proporcionar resultados cuantitativos por inclusin de un estndar interno de concentracin de ADN conocida [27] o una combinacin de RCP cuanti-tativa con electroforesis capilar [28] . No obstante, estos mtodos slo pueden detectar las especies dominantes que constituyen alrededor del 1% de la poblacin bacte-riana total.

Los datos cuantitativos de la comunidad bacteriana pueden obtenerse con otros enfoques, como la hibridiza-cin de transferencia de manchas, la RCP cuantitativa o en tiempo real, o la hibridizacin fluorescente in situ.A pesar de su baja sensibilidad, las hibridizaciones por transferencia de manchas han proporcionado informa-cin cuantitativa exacta sobre grupos bacterianos en muestras humanas utilizando sondas diseadas especfi-camente para fijar como objetivo una amplia gama taxo-nmica [29] . La RCP en tiempo real o cuantitativa ha sido muy til para la cuantificacin de especies subdominan-tes, es decir, las que aparecen en cantidades reducidas. No obstante, la validacin del mtodo podra ser laboriosa: tanto el diseo de las secuencias del iniciador para espe-cies bacterianas, de las que se dispone de informacin limitada sobre el gen ARNr 16S en las bases de datos, como la optimizacin de las condiciones reactivas y la correlacin con el nmero de clulas podran ser todava bastante problemticos. Alternativamente, un mtodo atractivo que no precisa la extraccin de cidos nucleicos y que ha sido utilizado frecuentemente para analizar muestras bacterianas complejas es la hibridizacin fluo-rescente in situ en combinacin con la microscopa pti-ca epifluorescente o la flujocitometra. En este caso, las sondas se marcan con un colorante fluorescente y se di-

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rigen a los ribosomas dentro de las clulas. Cada clula hibridizada emitir luz fluorescente y podra detectarse y recontarse mediante microscopa automatizada o inclu-so seleccionarse con un flujocitmetro. Un inconvenien-te de la hibridizacin fluorescente in situ, lo mismo que de la RCP en tiempo real, es que el desarrollo de las son-das depende en gran medida de las secuencias del gen ARNr 16S depositadas en las bases de datos, por lo que una reevaluacin continua de la especificidad y la cober-tura de estas sondas es esencial para la finalidad de con-firmar y mejorar su fiabilidad.

Las microseries de ADN se componen de una superfi-cie cubierta de varias sondas ADN que pueden ser hibri-dizadas. Aunque se han utilizado histricamente para monitorizar la expresin gnica, slo en pocas recientes se ha propuesto esta tecnologa como herramienta de de-teccin cuantitativa de comunidades bacterianas. En 2005, Palmer y cols. [30] publicaron la primera microse-rie filogentica de oligonucletidos de ADN, diseada para proporcionar informacin cuantitativa sistemtica sobre la composicin taxonmica de la poblacin micro-biana del tubo GI. Este enfoque permita la deteccin de especies bacterianas individuales presentes en el 0,1% de una mezcla compleja. Se utiliz un programa informti-co para pronosticar las condiciones de hibridizacin, que deben ser las mismas para todas las sondas del conjunto y deben maximizar la especificidad de la hibridizacin. Una consideracin importante es que la hibridizacin cruzada de especies muy abundantes podra dar resulta-dos falso-positivos, que pueden en ocasiones separarse comparando los resultados de la serie con las bibliotecas de los clones ARNr 16S. Asimismo, las secuencias nove-dosas no son captadas.

El enfoque considerado como el patrn de oro para obtener instantneas del ecosistema microbiano consiste, hasta la fecha, en constituir bibliotecas genticas de bac-terias que contengan copias de los genes ARNr 16S de la comunidad. Mediante esta tcnica se han elaborado ex-tensos inventarios de las comunidades microbianas hu-manas del colon, la cavidad oral, el esfago y el estmago. No obstante, este abordaje es costoso y laborioso, espe-cialmente cuando se precisa un gran nmero de muestras o un gran nmero de clones para cada una de las mues-tras. Con la introduccin de tecnologas de pirosecuen-ciado 454 puede obtenerse una informacin taxonmica de alta fidelidad que permite la investigacin simultnea de varias muestras por pasada. Esta potente tecnologa puede suministrar informacin taxonmica apropiada a costes menores por muestra.

Pronstico de la funcionalidad de la microbiota intestinal

A pesar del hecho de que la composicin especfica de la microbiota parece variar considerablemente de un in-dividuo a otro, realiza, no obstante, funciones muy simi-lares en todos ellos. El conjunto de caractersticas meta-blicas de la microbiota es similar independientemente del conjunto de caractersticas de la comunidad bacteria-na [31] , lo que respalda el concepto de redundancia fun-cional entre las especies bacterianas. Sin embargo, cu-les son estas funciones? El primer paso importante cuan-do se estudia un ecosistema es identificar a sus miembros. Esta tarea se ha logrado en gran medida en el mbito de la microbiota intestinal y existe un consenso internacio-nal sobre cul es la composicin del ecosistema intestinal. El paso siguiente consiste en asociar un papel para cada microorganismo dentro de la comunidad y en relacin con el hospedador. No obstante, se trata de una tarea su-mamente difcil si se tiene en cuenta que la mayora de los microbios intestinales no pueden crecer en condiciones de laboratorio. Sin embargo, incluso en un mundo ideal donde todos estos microorganismos pudieran cultivarse, la actividad de uno de los microbios en cultivo no sera necesariamente equivalente a la observada en el contexto de toda la comunidad in situ. Esto sin mencionar la pro-blemtica tarea de delinear la funcin de uno de los tipos de microorganismos en el trasfondo de las interacciones con sus vecinos comunitarios.

Las tcnicas de rastreo de istopos in situ consisten en la incubacin de microorganismos con un sustrato esta-ble marcado con istopo. Slo aquellos microorganismos que metabolicen el sustrato incorporarn las sustancias marcadas dentro de sus biomasas (incluyendo sus ADN), permitiendo de este modo la conexin entre identidad y funcin. Mediante esta tcnica, Egert y cols. [32] identi-ficaron microorganismos fecales (por ejemplo, Strepto-coccus bovis y Clostridium perfringens ), participantes en la fermentacin de la glucosa, especulando que este abor-daje conllevaba un potencial enorme para identificar bacterias implicadas en la fermentacin de hidratos de carbono oligomricos y polimricos, relevantes en la die-ta, en el intestino humano.

Pocos grupos han tratado de explorar la funcionalidad de las comunidades a travs de anlisis metagenmicos de la microbiota intestinal. Se utiliz el secuenciado aleatorio para reconstruir los genomas de los miembros de todo el ecosistema. A diferencia de las bibliotecas de clones ARNr 16S, en las que slo se clonaban amplicones correspon-dientes al gen ARNr 16S, se efectu la identificacin sis-

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temtica de todo el genoma de la comunidad bacteriana (el microbioma). Se rompe el ADN de la comunidad bac-teriana en fragmentos aleatorios y, a continuacin, se en-samblan las secuencias de estos fragmentos en la posicin correcta buscando las secuencias superpuestas con herra-mientas bioinformticas. Es algo as como desmenuzar varios volmenes de varios libros en piezas pequeas y luego tratar de deducir el texto. Las secuencias reconstrui-das pueden utilizarse seguidamente para pronosticar las funciones biolgicas de las bacterias intestinales. Aunque este mero procedimiento no informar sobre qu genes son activos o cmo interactan las bacterias entre s, pue-de proporcionar pistas sobre las funciones que son capa-ces de desempear tales microorganismos. Utilizando este enfoque, Gill y cols. [33] demostraron que nuestros comensales bacterianos poseen un metabolismo enrique-cido para la produccin y la conversin de energa y el transporte y el metabolismo de hidratos de carbono, con implicaciones importantes para el tratamiento de enfer-medades como la obesidad. El proyecto del microbioma humano [34] , lanzado como enfoque multicntrico en Es-tados Unidos, Europa y Asia, as como el proyecto coope-rativo MetaHIT, patrocinado por la Comisin Europea, implican la caracterizacin de los genomas, el ARNm, la protena y los productos metablicos y ampliarn nuestro conocimiento sobre cmo acta la microbiota como co-munidad. Existen ejemplos finos de la fusin entre el pro-greso tecnolgico en el mbito de la biologa integradora y una caracterizacin molecular ms profunda estableci-da para descifrar las funciones de la microbiota intestinal todava pendientes de descubrir.

Papel de la microbiota intestinal en la obesidad

El incremento de la prevalencia de obesidad durante las ltimas dcadas es alarmante y no puede ser atribuido nicamente a factores genticos [35] . La investigacin est sealando actualmente a la microbiota intestinal como factor ambiental que afecta a la obesidad. La prime-ra prueba demostrativa del papel de las bacterias intesti-nales en la regulacin del almacenamiento de grasa se evidenci en modelos de experimentacin animal. Los ratones libres de grmenes que nacen y viven en un en-torno sin bacterias son ms delgados que los ratones que viven en un entorno convencional. Los ratones libres de grmenes inoculados con la microbiota extrada del ciego de animales convencionales mostraron un aumento del 60% de la grasa corporal total a pesar de una reduccin imprevista de la ingestin de alimento [36] . El nivel bajo

de grasa corporal en los ratones libres de grmenes se de-ba a la supresin de la lipognesis de novo heptica y a la inhibicin del almacenamiento de triglicridos en tejidos adiposos blancos. Este ltimo efecto est causado por una produccin excesiva del inhibidor de la lipoproteinlipasa Faia (factor adipoctico inducido por el ayuno o ANGP-TL4) en el intestino de ratones carentes de grmenes.Teniendo en cuenta que la hidrlisis por la lipoproteinli-pasa de los triglicridos circulantes es crucial para la cap-tacin de los cidos grasos por los adipocitos, un incre-mento del Faia circulante resulta en un bloqueo de la cap-tacin de cidos grasos y el almacenamiento de grasa. El papel primordial del Faia como mediador entre la micro-biota intestinal y la regulacin del peso corporal fue de-mostrado por Bckhed y cols. [37] en animales carentes de los genes implicados en la produccin del Faia. Rato-nes knock-out-Faia libres de grmenes llegaron a adquirir un estado de obesidad tras el consumo de una dieta rica en grasas, al contrario que los controles de tipo natural libres de grmenes. Adems, los ratones knock-out-Faia mostraron una expresin reducida de PGC-1 y las enzi-mas participantes en la oxidacin de cidos grasos, con-firmando el papel clave del Faia en esta va metablica. En una situacin propensa a la obesidad, como el consu-mo de una dieta rica en grasa y azcar, de estilo occiden-tal, los animales libres de grmenes no presentaron obe-sidad [37] . El fenotipo magro persistente en los ratones libres de grmenes se asociaba a un incremento de la AMP-cinasa fosforilada en el hgado y la musculatura. La AMP-cinasa es un sensor de energa intracelular que, cuando es fosforilada, ataca a los genes implicados en la oxidacin de los cidos grasos, permitiendo suponer la presencia de un incremento de la combustin de grasas en ratones libres de grmenes. Es probable que la activa-cin de la AMP-cinasa y los niveles elevados del Faia sean dos mecanismos independientes que induzcan la oxida-cin de las grasas y la proteccin de los ratones libres de grmenes frente a la obesidad inducida por la alimenta-cin. Es incluso ms importante resear que estos ensa-yos demuestran las complicadas relaciones existentes en-tre la microbiota intestinal y la intervencin sobre el peso del hospedador.

En ensayos realizados en animales genticamente obe-sos (ob/ob) se confirm que la ganancia de peso se asocia-ba a cambios en la composicin de las bacterias intestina-les. Estos animales son incapaces de producir leptina y, en consecuencia, llegan a ser hiperfgicos y obesos. Se gene-r un inventario completo de secuencias de genes ARNr 16S a partir del contenido cecal de animales ob/ob y sus hermanos magros ( ob /+, +/+). Tras analizar ms de 5.000

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secuencias, Ley y cols. [38] hallaron que los ratones obesos presentaban una reduccin del 50% de Bacteroidetes y un incremento proporcional de Firmicutes en comparacin con sus hermanos de camada magros. La desviacin de la composicin de la microbiota cecal no guardaba relacin con el cambio en la cantidad de bacterias, el parentesco ni el gnero de los ratones ob/ob . Tambin se lleg a una ob-servacin similar en humanos: una mayor proporcin de Firmicutes y una reduccin de Bacteroidetes en las depo-siciones de pacientes obesos. Por otra parte, a medida que las personas obesas pierden peso durante un ao, la pro-porcin de Firmicutes llega a aproximarse ms a la de las personas delgadas. Sin embargo, se desconoce si estas des-viaciones en la composicin de la microbiota asociadas a la obesidad son una causa o una consecuencia del sobre-peso [15] . Es imprescindible intensificar la investigacin para revelar la composicin de la microbiota intestinal en personas obesas de diferentes razas, gneros y localizacio-nes geogrficas. Estos datos sern necesarios para estable-cer un vnculo entre la composicin bacteriana y la epide-mia mundial de obesidad.

En un intento para comprender las funciones fisiol-gicas de la microbiota asociada a la obesidad se trasplan-taron los contenidos cecales de ratones ob/ob , con una proporcin elevada de Firmicutes/Bacteroidetes, en rato-nes libres de grmenes. Estos animales mostraron un ma-yor incremento de grasa corporal que los ratones inocu-lados con los contenidos cecales de un donante magro [39] . En el mismo estudio, una comparacin entre la mi-crobiota obesa y la microbiota magra a nivel del meta-genoma demostr que las bacterias procedentes de rato-nes ob/ob contenan genes que codificaban para enzimas especializadas en la descomposicin de polisacridos in-digeribles, como glucosidasas , galactosidasas , galac-tosidasas , piruvato formatoliasa y KO0656. Los ratones obesos presentaban cidos grasos de cadena ms corta en su contenido cecal y menos caloras en las deposiciones que los ratones delgados, lo que daba a entender que los animales obesos extraan ms energa de la alimentacin. No obstante, la contribucin cuantitativa del cido graso de cadena corta a la ingestin total de energa exige una evaluacin adicional antes de llegar a la conclusin de que la microbiota intestinal asociada a la obesidad es una cau-sa de la misma.

Ms recientemente, Turnbaugh y cols. [40] demostra-ron que la alimentacin de ratones anteriormente libres de grmenes, o ratones convencionales, con una dieta rica en grasas y azcar, de estilo occidental, induca un au-mento de la proporcin cecal Firmicutes/Bacteroidetes, similar a la de los ratones ob/ob . No obstante, al contrario

que el modelo ob/ob , la elevacin de Firmicutes se debi al florecimiento de slo un elemento bacteriano, concre-tamente Mollicutes . Es interesante destacar que la micro-biota cecal inducida por la alimentacin de estilo occi-dental mostraba tambin ms propiedades obesgenas que la microbiota generada por una dieta de control cuan-do era inoculada en ratones libres de grmenes. A la in-versa, la modificacin de la ingestin calrica por la res-triccin de hidratos de carbono en la alimentacin de es-tilo occidental revel una disminucin de Mollicutes . El anlisis metagenmico revel que la microbiota de la dieta occidental ms rica en Mollicutes estaba enrique-cida en genes implicados en el metabolismo de la fructo-sa y la manosa y en vas de fosfotransferasa. Estas vas son cruciales para que bacterias importen y fermenten azca-res simples y glicanos del hospedador. La produccin de cidos grasos de cadena corta como consecuencia de la fermentacin de hidratos de carbono por las bacterias in-testinales podra proporcionar una energa adicional que contribuira subsiguientemente a la acumulacin de gra-sa corporal en los ratones.

Bacterias y diabetes

Los datos enumerados anteriormente indican que la microbiota intestinal contribuye al metabolismo energ-tico y al desarrollo de obesidad en el hospedador. Tenien-do en cuenta que la obesidad es uno de los principales factores de riesgo con respecto a la aparicin de diabetes de tipo 2, varios grupos han especulado con la idea de que la microbiota intestinal podra ejercer un impacto sobre la diabetes ms all de la manipulacin del peso. De he-cho, est perfectamente descrita la contribucin de mi-croorganismos a las complicaciones diabticas. En la l-cera del pie diabtico, un proceso vinculado a la neuro-pata diabtica y a las complicaciones microvasculares que afectan a un gran nmero de pacientes diabticos, las infecciones bacterianas contribuyen al deficiente proceso de curacin de heridas [ver revisin en 41 ]. Adems, una de las complicaciones GI ms corrientes de la diabetes mellitus son los episodios crnicos de diarrea acuosa. Se ha comprobado que el sobrecrecimiento bacteriano debi-do a la reduccin de la motilidad gastrointestinal relacio-nada con la neuropata diabtica es la causa de esta com-plicacin intestinal y que el tratamiento con antibiticos mejoraba los sntomas clnicos [42] . En otro ejemplo, tan-to la diabetes de tipo 1 como la diabetes de tipo 2 conlle-van un mayor riesgo de aparicin de periodontitis [4346] . La periodontitis est causada por infecciones provo-

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cadas por bacterias gramnegativas que se fijan en el borde gingival del tejido del hospedador [47] . En un estu-dio de seguimiento realizado durante dos dcadas en 9.296 pacientes se demostr que la enfermedad periodon-tal basal es un pronosticador clnico de la incidencia de diabetes de tipo 2, lo que proporciona un respaldo epide-miolgico a la asociacin de ambas enfermedades [48] . Recientemente, en un estudio se demostr que ratasZucker fa/fa con periodontitis y alimentadas con una die-ta rica en grasas presentaban un inicio ms grave y precoz de resistencia a la insulina que sus contrapartes sin perio-dontitis [49] . Dado que la inflamacin crnica es un de-nominador comn de la diabetes y la periodontitis [ver revisin en 50] , la infeccin bacteriana local podra estar implicada en el desarrollo de la resistencia a la insulina. En apoyo de esta hiptesis, un informe clnico revel que el tratamiento periodontal y el empleo de antibiticos mejoraba el control de la glucemia en un paciente diab-tico [51] . En otro estudio, el tratamiento con antibiticos en las bolsas periodontales, una vez por semana durante cuatro semanas, redujo significativamente los niveles plasmticos de TNF- y HbA1C en 12 pacientes diabti-cos de tipo 2 [52] . En conjunto, estos datos indican que la infeccin bacteriana local contribuye a los sntomas sis-tmicos de diabetes.

La microbiota intestinal contribuye a la homeostasis de la glucosa

La resistencia a la insulina es una patologa concomi-tante con la obesidad y se correlaciona con inflamacin crnica de baja intensidad [53] . Basndonos en datos re-cientes sobre el impacto que ejerce la microbiota intesti-nal sobre la obesidad, otros autores y nosotros mismos hemos preconizado que la microbiota intestinal podra contribuir al inicio de la resistencia a la insulina y al es-tado inflamatorio del hospedador. Indagamos esta hip-tesis tratando a ratones ob/ob con antibiticos de amplio espectro, norfloxacina y ampicilina, introducidos en su agua para beber [54] . El tratamiento antibitico elimin casi por completo la poblacin bacteriana intestinal. Al final del tratamiento de dos semanas, los niveles de glu-cemia en ayunas se normalizaron y la tolerancia a la glu-cosa oral mejor notablemente en los animales tratados, a pesar de que persista la obesidad de estos animales. Una reduccin significativa del lipopolisacrido (LPS) y el TNF- circulantes indicaba que la inflamacin de baja intensidad se haba reducido. Un incremento del almace-namiento de glucgeno heptico en situacin postpran-

dial y una reduccin de los triglicridos hepticos en ayu-nas realz adicionalmente el beneficio reductor de la po-blacin de bacterias intestinales en los ratones ob/ob .

La contribucin del LPS, un componente de la mem-brana externa de bacterias gramnegativas en la diabetes de tipo 2 y la obesidad, fue revisada por Wellen y Hota-misligil [53] . En ratones, el LPS circulante muestra una pauta diurna con incremento en el ciclo de oscuridad y reduccin en el ciclo de iluminacin. Adems, el trata-miento con una dieta rica en grasas increment la pro-porcin de bacterias gramnegativas en el intestino as como los niveles de endotoxina circulantes. Cuando se infunda LPS crnicamente en ratones, causaba obesidad leve y resistencia a la insulina heptica [55] . En otro estu-dio, Cani y cols. [56] trataron con ampicilina y neomicina a ratones obesos (ob/ob) o ratones C57BL/6J alimentados con una dieta rica en grasas. Esta combinacin antibiti-ca alteraba espectacularmente la composicin de la mi-crobiota intestinal con resultado de una reduccin de la endotoxemia y una mejora de la tolerancia a la glucosa en ambos modelos animales. Estas observaciones son cohe-rentes con nuestros resultados previos segn los cuales la recuperacin de la sensibilidad a la insulina se asociaba a una reduccin de la situacin inflamatoria, respaldando la idea de que la modulacin de la microbiota intestinal alivia la inflamacin de baja intensidad e intensifica la sensibilidad a la insulina en ratones. Aunque se ha de-mostrado que un tratamiento antibitico a corto plazo mejora la diabetes en ratones, los beneficios a largo plazo y los efectos secundarios de este enfoque siguen pendien-tes de aclaracin.

Factores alimentarios

Los probiticos se definen como suplemento alimen-tario microbiano viable que influye beneficiosamente so-bre el hospedador a travs de sus efectos en el tubo intes-tinal. Las bifidobacterias y los lactobacilos son tradicio-nalmente los probiticos ms corrientemente utilizados en las intervenciones nutricionales. Se ha comprobado que las intervenciones con probiticos alivian la intole-rancia a la lactosa, incrementan la inmunidad en lactan-tes y reducen el riesgo de diarrea inducida por rotavirus [ver revisin en 57 ]. Asimismo, se ha observado que el aporte complementario de probiticos mejora los snto-mas de diabetes en modelos de animales afectados de dia-betes de tipo 1 o tipo 2. La ingestin de Lactobacillus casei retras el inicio de diabetes en ratones diabticos no obe-sos as como en ratones con diabetes inducida por aloxa-

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no [58, 59] . Anlogamente al aloxano, el tratamiento con estreptozotocina (STZ) en ratas y ratones induce una dia-betes dependiente de la insulina debido a la toxicidad de las clulas pancreticas relacionada con el frmaco. El pronstico de la diabetes por inyeccin neonatal de STZ puede mitigarse alimentando a las ratas con pienso al que se ha incorporado Lactobacillus rhamnosus [60] . Adems, la administracin de Dahi, un producto lcteo fermenta-do indio que contiene Lactobacillus acidophilus (NCDC14) y L. casei (NCDC19), en ratas tratadas con STZ mejor la tolerancia a la glucosa y redujo los colesteroles LDL y VLDL totales as como los niveles de triglicridos [61] . En un modelo animal de diabetes de tipo 2 con ratones KK-Ay, en los que una mutacin en el gen Ay causa obesidad y resistencia a la insulina, la administracin por va oral de L. casei redujo significativamente los niveles plasm-ticos de glucosa e insulina, as como el peso corporal, a pesar de una ingestin similar de alimentos [62] . En un modelo animal de diabetes no gentica, el inicio de la re-sistencia a la insulina inducido por una alimentacin rica en fructosa tambin se retras por el tratamiento con Dahi [63] .

Los prebiticos se definen como componentes ali-mentarios no digeribles que influyen beneficiosamente sobre el hospedador por estimulacin selectiva del creci-miento y/o la actividad de una sola bacteria o un nmero

limitado de bacterias en el colon [ver revisin en 57 ]. La fibra alimentaria es un ejemplo de este tipo de compo-nente. Se ha supuesto que el consumo de polisacridos indigeribles podra reducir el riesgo de diabetes, proba-blemente a travs de las propiedades fsicas y las propor-ciones de cidos grasos de cadena corta producidos por fermentacin colnica de las fibras [64] . Tambin se ha demostrado que el consumo de prebiticos mejora la dia-betes inducida por dietas ricas en grasas en los ratones. Cani y cols. [65] observaron que, en este modelo animal, el aporte complementario de oligofructosa mejoraba la tolerancia a la glucosa y reduca los niveles plasmticos de las citocinas proinflamatorias, IL-6 e IL-1 . Cabe desta-car por su inters que la dieta rica en grasas modulaba la composicin de la microbiota cecal; en particular, redu-ca la poblacin bifidobacteriana. La adicin de oligo-fructosa, pero no de celulosa, incrementaba los recuentos bifidobacterianos de un modo similar al de los animales de control [65] . La correlacin negativa entre el nmero de bifidobacterias intestinales y la resistencia a la insulina suscita la pregunta de cul sera el impacto de las bifido-bacterias en la diabetes. Se precisan ms estudios para aclarar si un incremento de la poblacin intestinal de bi-fidobacterias es o no una estrategia teraputica para la diabetes.

TG GlucgenoGluconeognesis?Lipognesis?

Microbiotaintestinal

LPS?TNF-?

LPS y otrascitocinasproinamtorias?

Resistencia ala insulina

Glucosa

Actividad de LPLCaptacin de AGLMasa adiposa

Faia

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Fig. 1. Ilustracin esquemtica de los im-pactos que ejerce la microbiota intestinal sobre el tratamiento del peso y la diabe-tes.

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Aparte de las fibras no digeribles, otros componentes alimentarios tambin podran influir sobre la composi-cin y la funcionalidad de la microbiota intestinal. Los ci-dos clorgenos, presentes en infusiones de caf y en el t, son conocidos por su extensa metabolizacin por la micro-biota intestinal [66] . Taguri y cols. [67] demostraron que el polifenol del t epigalocatequina-3-galato posee activida-des antimicrobianas a travs de la inhibicin del creci-miento de numerosas bacterias implicadas en toxoinfec-ciones alimentarias in vitro. Sigue pendiente de aclaracin si las actividades antimicrobianas del epigalocatequina-3-galato se extienden a la microbiota intestinal comensal, en cuyo caso el consumo crnico de alimentos que contengan tales compuestos podra alterar la composicin o la funcio-nalidad de las poblaciones bacterianas intestinales.

Aunque la microbiota intestinal forma parte integral del cuerpo humano, sus funciones e interacciones con el hospedador siguen sin conocerse a ciencia cierta. En este artculo hemos revisado los resultados experimentales ms recientes que describen el posible papel de bacterias intestinales en la obesidad y la diabetes de tipo 2 ( fig. 1 ).

Estos datos pueden haber mostrado nicamente la punta del iceberg del amplio impacto que ejerce la microbiota intestinal sobre la salud. Con la introduccin de mtodos independientes de cultivos para evaluar la microbiota in-testinal, pueden revelarse relaciones ms complejas entre la fisiologa humana y los trillones de bacterias residentes en el intestino. Nuestro reto en el futuro prximo ser el de traducir los resultados venideros en herramientas y estrategias capaces de mejorar enfermedades crnicas como la obesidad y la diabetes de tipo 2. Para cumplir con este objetivo tenemos que responder a las preguntas si-guientes: Es la modulacin de la composicin de la mi-crobiota intestinal una estrategia til para tratar a pacien-tes con estas enfermedades? y, en caso afirmativo, cmo seran las caractersticas de una supuesta microbiota in-testinal ideal? Puede ser transformado este conjunto de caractersticas por medio de intervenciones nutricionales o farmacuticas? Es de esperar que las respuestas a estas preguntas pudieran contribuir a mejorar la calidad de vida de centenares de millones de pacientes obesos y dia-bticos en todo el mundo.

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