El microbioma humano es el agregado de toda la microbiota que reside en o dentro de los tejidos y biofluidos humanos junto con los sitios anatómicos correspondientes en los que residen, [1] incluido el tracto gastrointestinal , la piel , las glándulas mamarias , el líquido seminal , el útero , los folículos ováricos , pulmón , saliva , mucosa oral , conjuntiva y tracto biliar . Los tipos de microbiota humana incluyen bacterias , arqueas , hongos , protistas y virus . Aunque los microanimales también pueden vivir en el cuerpo humano, normalmente están excluidos de esta definición. En el contexto de la genómica , el término microbioma humano se utiliza a veces para referirse a los genomas colectivos de microorganismos residentes; [2] sin embargo, el término metagenoma humano tiene el mismo significado. [1]
El cuerpo humano alberga muchos microorganismos, con aproximadamente el mismo orden de magnitud de células no humanas que de células humanas. [3] Algunos microorganismos que albergan los humanos son comensales , lo que significa que coexisten sin dañar a los humanos; otros tienen una relación mutualista con sus anfitriones humanos. [2] : 700 [4] Por el contrario, algunos microorganismos no patógenos pueden dañar a los huéspedes humanos a través de los metabolitos que producen, como la trimetilamina , que el cuerpo humano convierte en N-óxido de trimetilamina mediante oxidación mediada por FMO3 . [5] [6] Ciertos microorganismos realizan tareas que se sabe que son útiles para el huésped humano, pero el papel de la mayoría de ellos no se comprende bien. Aquellos que se espera que estén presentes y que en circunstancias normales no causan enfermedades, a veces se consideran flora o microbiota normal . [2]
Durante los primeros años de vida, el establecimiento de una microbiota humana diversa y equilibrada desempeña un papel fundamental en la configuración de la salud a largo plazo de un individuo. [7] Los estudios han demostrado que la composición de la microbiota intestinal durante la infancia está influenciada por varios factores, incluido el modo de parto, la lactancia materna y la exposición a factores ambientales. [8] Hay varias especies beneficiosas de bacterias y probióticos potenciales presentes en la leche materna . [9] Las investigaciones han destacado los efectos beneficiosos de una microbiota saludable en las primeras etapas de la vida, como la promoción del desarrollo del sistema inmunológico, la regulación del metabolismo y la protección contra microorganismos patógenos. [10] Comprender la compleja interacción entre la microbiota humana y la salud en las primeras etapas de la vida es crucial para desarrollar intervenciones y estrategias que apoyen el desarrollo óptimo de la microbiota y mejoren los resultados generales de salud de las personas. [11]
El Proyecto Microbioma Humano (HMP) asumió el proyecto de secuenciar el genoma de la microbiota humana, centrándose particularmente en la microbiota que normalmente habita en la piel, la boca, la nariz, el tracto digestivo y la vagina. [2] Alcanzó un hito en 2012 cuando publicó sus resultados iniciales. [12]
Aunque ampliamente conocido como flora o microflora , este es un nombre inapropiado en términos técnicos, ya que la palabra flora de raíz se refiere a las plantas y biota se refiere a la colección total de organismos en un ecosistema particular. Recientemente, se aplica el término más apropiado microbiota , aunque su uso no ha eclipsado el uso y reconocimiento arraigados de la flora con respecto a las bacterias y otros microorganismos. Ambos términos se utilizan en literatura diferente. [4]
Se estima que el número de células bacterianas en el cuerpo humano ronda los 38 billones, mientras que la estimación de células humanas ronda los 30 billones. [13] [14] [15] [16] Se estima que el número de genes bacterianos es de 2 millones, 100 veces el número de aproximadamente 20.000 genes humanos . [17] [18] [19]
El problema de dilucidar el microbioma humano es esencialmente identificar los miembros de una comunidad microbiana, que incluye bacterias, eucariotas y virus. [20] Esto se hace principalmente utilizando estudios basados en ácido desoxirribonucleico (ADN), aunque también se realizan estudios basados en ácido ribonucleico (ARN), proteínas y metabolitos. [20] [21] Los estudios de microbioma basados en ADN generalmente se pueden clasificar como estudios de amplicones dirigidos o, más recientemente, estudios metagenómicos de escopeta . El primero se centra en genes marcadores específicos conocidos y es principalmente informativo desde el punto de vista taxonómico, mientras que el segundo es un enfoque metagenómico completo que también puede utilizarse para estudiar el potencial funcional de la comunidad. [20] Uno de los desafíos que está presente en los estudios del microbioma humano, pero no en otros estudios metagenómicos, es evitar incluir el ADN del huésped en el estudio. [22]
Además de simplemente dilucidar la composición del microbioma humano, una de las principales preguntas que involucran al microbioma humano es si existe un "núcleo", es decir, si hay un subconjunto de la comunidad que es compartido por la mayoría de los humanos. [23] [24] Si hay un núcleo, entonces sería posible asociar ciertas composiciones comunitarias con estados patológicos, que es uno de los objetivos del HMP. Se sabe que el microbioma humano (como la microbiota intestinal) es muy variable tanto dentro de un mismo sujeto como entre diferentes individuos, fenómeno que también se observa en ratones. [4]
El 13 de junio de 2012, el director de los Institutos Nacionales de Salud (NIH), Francis Collins , anunció un hito importante del HMP . [12] El anuncio fue acompañado por una serie de artículos coordinados publicados en Nature [25] [26] y varias revistas en la Biblioteca Pública de Ciencias (PLoS) el mismo día. Al mapear la composición microbiana normal de humanos sanos utilizando técnicas de secuenciación del genoma, los investigadores del HMP han creado una base de datos de referencia y los límites de la variación microbiana normal en humanos. De 242 voluntarios estadounidenses sanos, se recolectaron más de 5.000 muestras de tejidos de 15 (hombres) a 18 (mujeres) partes del cuerpo, como boca, nariz, piel, intestino inferior (heces) y vagina. Todo el ADN, humano y microbiano, fue analizado con máquinas secuenciadoras de ADN. Los datos del genoma microbiano se extrajeron mediante la identificación del ARN ribosomal específico de la bacteria, 16S rRNA . Los investigadores calcularon que más de 10.000 especies microbianas ocupan el ecosistema humano y han identificado entre el 81 y el 99% de los géneros . [27]
El análisis estadístico es fundamental para validar los resultados obtenidos ( ANOVA se puede utilizar para dimensionar las diferencias entre los grupos); si se combina con herramientas gráficas, el resultado se visualiza y comprende fácilmente. [28]
Una vez que se ensambla un metagenoma, es posible inferir el potencial funcional del microbioma. Los desafíos computacionales para este tipo de análisis son mayores que para los genomas individuales, porque generalmente los ensambladores de metagenomas tienen peor calidad y muchos genes recuperados están incompletos o fragmentados. Después del paso de identificación del gen, los datos se pueden utilizar para llevar a cabo una anotación funcional mediante alineamiento múltiple de los genes diana con bases de datos de ortólogos . [29]
Es una técnica que aprovecha cebadores para apuntar a una región genética específica y permite determinar las filogenias microbianas . La región genética se caracteriza por una región muy variable que puede conferir una identificación detallada; está delimitado por regiones conservadas, que funcionan como sitios de unión para los cebadores utilizados en la PCR . El gen principal utilizado para caracterizar bacterias y arqueas es el gen 16S rRNA , mientras que la identificación de hongos se basa en el espaciador interno transcrito (ITS). La técnica es rápida y económica y permite obtener una clasificación de baja resolución de una muestra microbiana; es óptimo para muestras que pueden estar contaminadas por el ADN del huésped. La afinidad de los cebadores varía entre todas las secuencias de ADN, lo que puede provocar sesgos durante la reacción de amplificación; de hecho, las muestras de baja abundancia son susceptibles a errores de sobreamplificación, ya que los otros microorganismos contaminantes resultan sobrerrepresentados en caso de aumentar los ciclos de PCR. Por lo tanto, la optimización de la selección de cebadores puede ayudar a disminuir dichos errores, aunque requiere un conocimiento completo de los microorganismos presentes en la muestra y sus abundancias relativas. [30]
El análisis del gen marcador puede verse influido por la elección del cebador; En este tipo de análisis, es deseable utilizar un protocolo bien validado (como el utilizado en el Proyecto Microbioma Terrestre ). Lo primero que se debe hacer en el análisis del amplicón de un gen marcador es eliminar los errores de secuenciación; Muchas plataformas de secuenciación son muy fiables, pero la mayor parte de la aparente diversidad de secuencias todavía se debe a errores durante el proceso de secuenciación. Para reducir este fenómeno, un primer enfoque es agrupar secuencias en unidades taxonómicas operativas (OTU): este proceso consolida secuencias similares (normalmente se adopta un umbral de similitud del 97%) en una única característica que se puede utilizar en pasos de análisis posteriores; Sin embargo, este método descartaría los SNP porque se agruparían en una única OTU. Otro enfoque es el oligotipado , que incluye información específica de la posición a partir de la secuenciación del ARNr 16s para detectar pequeñas variaciones de nucleótidos y discriminar entre taxones distintos estrechamente relacionados. Estos métodos dan como resultado una tabla de secuencias de ADN y recuentos de las diferentes secuencias por muestra en lugar de OTU. [30]
Otro paso importante en el análisis es asignar un nombre taxonómico a las secuencias microbianas de los datos. Esto se puede hacer utilizando enfoques de aprendizaje automático que pueden alcanzar una precisión a nivel de género de aproximadamente el 80%. Otros paquetes de análisis populares brindan soporte para la clasificación taxonómica utilizando coincidencias exactas con bases de datos de referencia y deberían proporcionar mayor especificidad, pero poca sensibilidad. Se deben verificar más a fondo los microorganismos no clasificados para determinar las secuencias de orgánulos. [30]
Muchos métodos que explotan la inferencia filogenética utilizan el gen 16SRNA para arqueas y bacterias y el gen 18SRNA para eucariotas. Los métodos comparativos filogenéticos (PCS) se basan en la comparación de múltiples rasgos entre microorganismos; el principio es: cuanto más estrechamente relacionados estén, mayor será el número de rasgos que compartirán. Por lo general, los PCS se combinan con mínimos cuadrados filogenéticos generalizados (PGLS) u otro análisis estadístico para obtener resultados más significativos. La reconstrucción del estado ancestral se utiliza en estudios de microbiomas para imputar valores de rasgos para taxones cuyos rasgos se desconocen. Esto se realiza comúnmente con PICRUSt , que se basa en las bases de datos disponibles. Las variables filogenéticas son elegidas por los investigadores según el tipo de estudio: mediante la selección de algunas variables con informaciones biológicas significativas, es posible reducir la dimensión de los datos a analizar. [31]
La distancia filogenética consciente se suele realizar con UniFrac o herramientas similares, como el índice de Soresen o la D de Rao, para cuantificar las diferencias entre las distintas comunidades. Todos estos métodos se ven afectados negativamente por la transmisión horizontal de genes (THG), ya que puede generar errores y conducir a la correlación de especies distantes. Hay diferentes formas de reducir el impacto negativo de la HGT: el uso de múltiples genes o herramientas computacionales para evaluar la probabilidad de eventos putativos de HGT. [31]
Las comunidades microbianas se desarrollan en una dinámica muy compleja que puede verse y analizarse como un ecosistema. Las interacciones ecológicas entre microbios gobiernan su cambio, equilibrio y estabilidad, y pueden representarse mediante un modelo de dinámica poblacional. [32] El estudio en curso de las características ecológicas del microbioma está creciendo rápidamente y permite comprender las propiedades fundamentales del microbioma. Comprender las reglas subyacentes de la comunidad microbiana podría ayudar a tratar enfermedades relacionadas con comunidades microbianas inestables. Una pregunta muy básica es si diferentes humanos, que comparten diferentes comunidades microbianas, tienen la misma dinámica microbiana subyacente. [33] Cada vez más pruebas e indicios han descubierto que la dinámica es de hecho universal. [34] Esta pregunta es un paso básico que permitirá a los científicos desarrollar estrategias de tratamiento, basadas en la compleja dinámica de las comunidades microbianas humanas. Hay propiedades más importantes sobre las cuales se deben tener en cuenta consideraciones para desarrollar estrategias de intervención para controlar la dinámica microbiana humana. [35] Controlar las comunidades microbianas podría dar como resultado la solución de enfermedades muy malas y dañinas.
Poblaciones de microbios (como bacterias y levaduras ) habitan en la piel y las superficies mucosas de varias partes del cuerpo. Su función forma parte de la fisiología humana normal y saludable; sin embargo, si el número de microbios crece más allá de sus rangos típicos (a menudo debido a un sistema inmunológico comprometido) o si los microbios pueblan (por ejemplo, debido a una mala higiene o lesiones), áreas del cuerpo que normalmente no están colonizadas o estériles (como la sangre, el tracto respiratorio inferior o la cavidad abdominal), pueden producirse enfermedades (causando, respectivamente, bacteriemia/septicemia, neumonía y peritonitis). [36]
El Proyecto Microbioma Humano descubrió que los individuos albergan miles de tipos de bacterias y que diferentes partes del cuerpo tienen sus propias comunidades distintivas. Los sitios de piel y vagina mostraron menor diversidad que la boca y el intestino, mostrando estos la mayor riqueza. La composición bacteriana de un lugar determinado del cuerpo varía de persona a persona, no sólo en tipo, sino también en abundancia. Las bacterias de la misma especie que se encuentran en toda la boca son de múltiples subtipos y prefieren habitar en lugares claramente diferentes de la boca. Incluso los enterotipos del intestino humano, que antes se creían bien comprendidos, pertenecen a un amplio espectro de comunidades con límites taxonómicos borrosos. [37] [38]
Se estima que en el intestino humano viven entre 500 y 1000 especies de bacterias, pero pertenecen a unos pocos filos: predominan Bacillota y Bacteroidota , pero también hay Pseudomonadota , Verrucomicrobiota , Actinobacteriota , Fusobacteriota y " Cianobacterias ". [39]
Varios tipos de bacterias, como Actinomyces viscosus y A. naeslundii , viven en la boca, donde forman parte de una sustancia pegajosa llamada placa . Si no se elimina con el cepillado, se endurece y forma cálculos (también llamados sarro). Las mismas bacterias también secretan ácidos que disuelven el esmalte dental , provocando caries . [ cita necesaria ]
La microflora vaginal se compone principalmente de varias especies de lactobacillus . Durante mucho tiempo se pensó que la más común de estas especies era Lactobacillus acidophilus , pero más tarde se demostró que L. iners es, de hecho, la más común, seguida de L. crispatus . Otros lactobacilos que se encuentran en la vagina son L. jensenii, L. delbruekii y L. gasseri . La alteración de la flora vaginal puede provocar infecciones como la vaginosis bacteriana y la candiadiasis. [40]
Las arqueas están presentes en el intestino humano, pero, a diferencia de la enorme variedad de bacterias que hay en este órgano, el número de especies de arqueas es mucho más limitado. [41] El grupo dominante son los metanógenos , particularmente Methanobrevibacter smithii y Methanosphaera stadtmanae . [42] Sin embargo, la colonización por metanógenos es variable, y sólo alrededor del 50% de los humanos tienen poblaciones fácilmente detectables de estos organismos. [43]
En 2007, no se conocían ejemplos claros de patógenos de arqueas, [44] [45] aunque se ha propuesto una relación entre la presencia de algunos metanógenos y la enfermedad periodontal humana . [46] El sobrecrecimiento bacteriano del intestino delgado (SIBO) con predominio de metano también es causado predominantemente por metanógenos, y por Methanobrevibacter smithii en particular. [47]
Los hongos, en particular las levaduras , están presentes en el intestino humano. [48] [49] [50] [51] Las mejor estudiadas son las especies de Candida debido a su capacidad de volverse patógenas en huéspedes inmunodeprimidos e incluso sanos. [49] [50] [51] Las levaduras también están presentes en la piel, [48] como las especies de Malassezia , donde consumen aceites secretados por las glándulas sebáceas . [52] [53]
Los virus, especialmente los virus bacterianos ( bacteriófagos ), colonizan diversas partes del cuerpo. Estos sitios colonizados incluyen la piel, [54] el intestino, [55] los pulmones, [56] y la cavidad bucal. [57] Las comunidades de virus se han asociado con algunas enfermedades y no reflejan simplemente las comunidades bacterianas. [58] [59] [60]
En enero de 2024, los biólogos informaron del descubrimiento de " obeliscos ", una nueva clase de elementos similares a los viroides , y "oblins", su grupo relacionado de proteínas, en el microbioma humano. [61] [62]
Un estudio de 20 sitios de la piel en cada uno de diez seres humanos sanos encontró 205 géneros identificados en 19 filos bacterianos, con la mayoría de las secuencias asignadas a cuatro filos: Actinomycetota (51,8%), Bacillota (24,4%), Pseudomonadota (16,5%) y Bacteroidota ( 6,3%). [63] Una gran cantidad de géneros de hongos están presentes en la piel humana sana, con cierta variabilidad según la región del cuerpo; sin embargo, durante condiciones patológicas, ciertos géneros tienden a dominar en la región afectada. [48] Por ejemplo, Malassezia es dominante en la dermatitis atópica y Acremonium es dominante en el cuero cabelludo afectado por la caspa. [48]
La piel actúa como una barrera para impedir la invasión de microbios patógenos. La piel humana contiene microbios que residen dentro o sobre la piel y pueden ser residenciales o transitorios. Los tipos de microorganismos residentes varían en relación con el tipo de piel del cuerpo humano. La mayoría de los microbios residen en células superficiales de la piel o prefieren asociarse con glándulas. Estas glándulas, como las glándulas sebáceas o sudoríparas, proporcionan a los microbios agua, aminoácidos y ácidos grasos. Además, las bacterias residentes asociadas con las glándulas sebáceas suelen ser grampositivas y pueden ser patógenas. [2]
Normalmente, en la conjuntiva está presente una pequeña cantidad de bacterias y hongos . [48] [64] Las clases de bacterias incluyen cocos grampositivos (p. ej., estafilococos y estreptococos ) y bacilos y cocos gramnegativos (p. ej., Haemophilus y Neisseria ). [64] Los géneros de hongos incluyen Candida , Aspergillus y Penicillium . [48] Las glándulas lagrimales secretan continuamente, manteniendo la conjuntiva húmeda, mientras que el parpadeo intermitente lubrica la conjuntiva y elimina el material extraño. Las lágrimas contienen bactericidas como la lisozima , por lo que los microorganismos tienen dificultades para sobrevivir a la lisozima y asentarse en las superficies epiteliales .
En los seres humanos, la composición del microbioma gastrointestinal se establece durante el nacimiento. [69] El nacimiento por cesárea o parto vaginal también influye en la composición microbiana del intestino. Los bebés que nacen a través del canal vaginal tienen una microbiota intestinal beneficiosa y no patógena similar a la que se encuentra en la madre. [70] Sin embargo, la microbiota intestinal de los bebés nacidos por cesárea alberga más bacterias patógenas como Escherichia coli y Staphylococcus y lleva más tiempo desarrollar una microbiota intestinal beneficiosa y no patógena. [71]
La relación entre cierta microbiota intestinal y los humanos no es meramente comensal (una coexistencia no dañina), sino más bien una relación mutualista . [2] Algunos microorganismos intestinales humanos benefician al huésped al fermentar la fibra dietética en ácidos grasos de cadena corta (AGCC), como el ácido acético y el ácido butírico , que luego son absorbidos por el huésped. [4] [72] Las bacterias intestinales también desempeñan un papel en la síntesis de vitamina B y vitamina K , así como en la metabolización de ácidos biliares , esteroles y xenobióticos . [2] [72] La importancia sistémica de los SCFA y otros compuestos que producen son como hormonas y la propia flora intestinal parece funcionar como un órgano endocrino , [72] y la desregulación de la flora intestinal se ha correlacionado con una serie de procesos inflamatorios. y condiciones autoinmunes. [4] [73]
La composición de la microbiota intestinal humana cambia con el tiempo, cuando cambia la dieta y la salud general. [4] [73] Una revisión sistemática de 15 ensayos controlados aleatorios en humanos de julio de 2016 encontró que ciertas cepas comercialmente disponibles de bacterias probióticas de los géneros Bifidobacterium y Lactobacillus ( B. longum , B. breve , B. infantis , L. helveticus , L. rhamnosus , L. plantarum y L. casei ), cuando se toman por vía oral en dosis diarias de 10 9 –10 10 unidades formadoras de colonias (UFC) durante 1 a 2 meses, poseen eficacia terapéutica (es decir, mejoran los resultados conductuales) en ciertos trastornos del sistema nervioso central , incluidos la ansiedad , la depresión , el trastorno del espectro autista y el trastorno obsesivo-compulsivo , y mejora ciertos aspectos de la memoria . [74]
El sistema genitourinario parece tener una microbiota, [75] [76], lo cual es un hallazgo inesperado a la luz del uso prolongado de métodos de cultivo microbiológico clínico estándar para detectar bacterias en la orina cuando las personas muestran signos de una infección del tracto urinario ; es común que estas pruebas no muestren la presencia de bacterias. [77] Parece que los métodos de cultivo comunes no detectan muchos tipos de bacterias y otros microorganismos que normalmente están presentes. [77] A partir de 2017, se utilizaron métodos de secuenciación para identificar estos microorganismos y determinar si existen diferencias en la microbiota entre personas con problemas del tracto urinario y aquellas que están sanas. [75] [76] [78] Para evaluar adecuadamente el microbioma de la vejiga a diferencia del sistema genitourinario, la muestra de orina debe recolectarse directamente de la vejiga, lo que a menudo se hace con un catéter . [79]
La microbiota vaginal se refiere a aquellas especies y géneros que colonizan la vagina. Estos organismos juegan un papel importante en la protección contra infecciones y el mantenimiento de la salud vaginal. [80] Los microorganismos vaginales más abundantes que se encuentran en las mujeres premenopáusicas son del género Lactobacillus , que suprimen los patógenos al producir peróxido de hidrógeno y ácido láctico. [50] [80] [81] La composición y las proporciones de especies bacterianas varían según la etapa del ciclo menstrual . [82] [83] [ necesita actualización ] El origen étnico también influye en la flora vaginal. La aparición de lactobacilos productores de peróxido de hidrógeno es menor en mujeres afroamericanas y el pH vaginal es más alto. [84] Otros factores influyentes, como las relaciones sexuales y los antibióticos, se han relacionado con la pérdida de lactobacilos. [81] Además, los estudios han encontrado que las relaciones sexuales con condón parecen cambiar los niveles de lactobacilos y aumentan el nivel de Escherichia coli dentro de la flora vaginal. [81] Los cambios en la microbiota vaginal normal y saludable son una indicación de infecciones, [85] como candidiasis o vaginosis bacteriana . [81] Candida albicans inhibe el crecimiento de las especies de Lactobacillus , mientras que las especies de Lactobacillus que producen peróxido de hidrógeno inhiben el crecimiento y la virulencia de Candida albicans tanto en la vagina como en el intestino. [48] [50] [51]
Los géneros de hongos que se han detectado en la vagina incluyen Candida , Pichia , Eurotium , Alternaria , Rhodotorula y Cladosporium , entre otros. [48]
Hasta hace poco, la placenta se consideraba un órgano estéril, pero se han identificado especies y géneros de bacterias comensales no patógenas que residen en el tejido placentario. [86] [87] [88] Sin embargo, la existencia de un microbioma en la placenta es controvertida como se critica en varias investigaciones. El llamado "microbioma placentario" probablemente se derive de la contaminación de los regentes porque las muestras de baja biomasa se contaminan fácilmente. [89] [90] [91]
Hasta hace poco, el tracto reproductivo superior de las mujeres se consideraba un entorno estéril. Una variedad de microorganismos habitan en el útero de mujeres sanas y asintomáticas en edad reproductiva. El microbioma del útero difiere significativamente del de la vagina y del tracto gastrointestinal. [92]
El ambiente presente en la boca humana permite el crecimiento de microorganismos característicos que allí se encuentran. Proporciona una fuente de agua y nutrientes, además de una temperatura moderada. [2] Los microbios residentes de la boca se adhieren a los dientes y las encías para resistir el lavado mecánico desde la boca hasta el estómago, donde los microbios sensibles al ácido son destruidos por el ácido clorhídrico . [2] [50]
Las bacterias anaeróbicas en la cavidad bucal incluyen: Actinomyces , Arachnia , Bacteroides , Bifidobacterium , Eubacterium , Fusobacterium , Lactobacillus , Leptotrichia , Peptococcus , Peptostreptococcus , Propionibacterium , Selenomonas , Treponema y Veillonella . [93] [ necesita actualización ] Los géneros de hongos que se encuentran con frecuencia en la boca incluyen Candida , Cladosporium , Aspergillus , Fusarium , Glomus , Alternaria , Penicillium y Cryptococcus , entre otros. [48]
Las bacterias se acumulan en los tejidos bucales duros y blandos en la biopelícula, lo que les permite adherirse y esforzarse en el ambiente bucal mientras están protegidas de los factores ambientales y agentes antimicrobianos. [94] La saliva desempeña un papel homeostático clave en las biopelículas, permitiendo la recolonización de bacterias para su formación y controlando el crecimiento mediante la separación de la acumulación de biopelículas. [95] También proporciona un medio de regulación de nutrientes y temperatura. La ubicación de la biopelícula determina el tipo de nutrientes expuestos que recibe. [96]
Las bacterias orales han desarrollado mecanismos para detectar su entorno y evadir o modificar al huésped. Sin embargo, un sistema de defensa innato del huésped altamente eficiente monitorea constantemente la colonización bacteriana y previene la invasión bacteriana de los tejidos locales. Existe un equilibrio dinámico entre las bacterias de la placa dental y el sistema de defensa innato del huésped. [97]
Esta dinámica entre la cavidad bucal del huésped y los microbios bucales desempeña un papel clave en la salud y la enfermedad, ya que permite la entrada al cuerpo. [98] Un equilibrio saludable presenta una relación simbiótica en la que los microbios orales limitan el crecimiento y la adherencia de los patógenos, mientras que el huésped proporciona un entorno para que florezcan. [98] [94] Los cambios ecológicos, como el cambio del estado inmunológico, el cambio de microbios residentes y la disponibilidad de nutrientes, pasan de una relación mutua a una relación parasitaria, lo que hace que el huésped sea propenso a enfermedades orales y sistémicas. [94] Las enfermedades sistémicas como la diabetes y las enfermedades cardiovasculares se han correlacionado con una mala salud bucal. [98] De particular interés es el papel de los microorganismos orales en las dos principales enfermedades dentales: la caries dental y la enfermedad periodontal . [97] La colonización de patógenos en el periodonto causa una respuesta inmune excesiva que resulta en una bolsa periodontal, un espacio más profundo entre el diente y la encía. [94] Esto actúa como un reservorio rico en sangre protegido con nutrientes para patógenos anaeróbicos. [94] Las enfermedades sistémicas en diversas partes del cuerpo pueden deberse a que los microbios orales ingresan a la sangre sin pasar por las bolsas periodontales y las membranas orales. [98]
La higiene bucal adecuada y persistente es el método principal para prevenir enfermedades bucales y sistémicas. [98] Reduce la densidad de la biopelícula y el crecimiento excesivo de bacterias patógenas potenciales que provocan enfermedades. [96] Sin embargo, una higiene bucal adecuada puede no ser suficiente, ya que el microbioma bucal, la genética y los cambios en la respuesta inmunitaria influyen en el desarrollo de infecciones crónicas. [96] El uso de antibióticos podría tratar infecciones que ya se están propagando, pero no es efectivo contra las bacterias dentro de las biopelículas. [96]
El microbioma nasal sano está dominado por Corynebacterium y Staphylococcus. El microbioma de la mucosa juega un papel fundamental en la modulación de la infección viral. [99]
Al igual que la cavidad bucal, el sistema respiratorio superior e inferior posee elementos disuasorios mecánicos para eliminar los microbios. Las células caliciformes producen moco que atrapa los microbios y los expulsa del sistema respiratorio mediante células epiteliales ciliadas que se mueven continuamente. [2] Además, el moco nasal que contiene la enzima lisozima genera un efecto bactericida. [2] El tracto respiratorio superior e inferior parece tener su propio conjunto de microbiota. [100] La microbiota bacteriana pulmonar pertenece a 9 géneros bacterianos principales: Prevotella , Sphingomonas , Pseudomonas , Acinetobacter , Fusobacterium , Megasphaera , Veillonella , Staphylococcus y Streptococcus . Algunas de las bacterias consideradas "biota normal" en el tracto respiratorio pueden causar enfermedades graves, especialmente en personas inmunodeprimidas; estos incluyen Streptococcus pyogenes , Haemophilus influenzae , Streptococcus pneumoniae , Neisseria meningitidis y Staphylococcus aureus . [ cita necesaria ] Los géneros de hongos que componen el micobioma pulmonar incluyen Candida , Malassezia , Neosartorya , Saccharomyces y Aspergillus , entre otros. [48]
En personas con fibrosis quística se observan distribuciones inusuales de géneros bacterianos y fúngicos en el tracto respiratorio . [48] [101] Su flora bacteriana a menudo contiene bacterias resistentes a los antibióticos y de crecimiento lento, y la frecuencia de estos patógenos cambia en relación con la edad. [101]
Tradicionalmente se ha considerado que las vías biliares son normalmente estériles, y la presencia de microorganismos en la bilis es un marcador de proceso patológico. Esta suposición fue confirmada por la falla en la selección de cepas bacterianas del conducto biliar normal. En 2013 comenzaron a aparecer artículos que mostraban que la microbiota biliar normal es una capa funcional separada que protege el tracto biliar de la colonización por microorganismos exógenos. [102]
Los cuerpos humanos dependen de innumerables genes bacterianos como fuente de nutrientes esenciales. [103] Tanto los estudios metagenómicos como epidemiológicos indican funciones vitales para el microbioma humano en la prevención de una amplia gama de enfermedades, desde diabetes tipo 2 y obesidad hasta enfermedad inflamatoria intestinal, enfermedad de Parkinson e incluso afecciones de salud mental como la depresión. [104] Una relación simbiótica entre la microbiota intestinal y diferentes bacterias puede influir en la respuesta inmune de un individuo. [105] Los metabolitos generados por los microbios intestinales parecen ser factores causantes de la diabetes tipo 2. [106] Aunque está en su infancia, el tratamiento basado en microbiomas también se muestra prometedor, sobre todo para el tratamiento de la infección por C. difficile [ dead link ] resistente a los medicamentos [107] y en el tratamiento de la diabetes. [108]
La presencia abrumadora de la bacteria C. difficile provoca una infección del tracto gastrointestinal, normalmente asociada a una disbiosis de la microbiota que se cree que ha sido provocada por la administración de antibióticos. El uso de antibióticos erradica la flora intestinal beneficiosa dentro del tracto gastrointestinal, lo que normalmente impide que las bacterias patógenas establezcan dominio. [109] El tratamiento tradicional para las infecciones por C. difficile incluye un régimen adicional de antibióticos; sin embargo, las tasas de eficacia promedian entre el 20 y el 30 %. [110] Al reconocer la importancia de las bacterias intestinales sanas, los investigadores recurrieron a un procedimiento conocido como trasplante de microbiota fecal (FMT), en el que los pacientes que padecen enfermedades gastrointestinales, como la infección por C. difficile (CDI), reciben contenido fecal de un individuo sano con la esperanza de de restaurar una microbiota intestinal que funcione normalmente. [111] El trasplante de microbiota fecal tiene aproximadamente entre un 85% y un 90% de eficacia en personas con ICD en quienes los antibióticos no han funcionado o en quienes la enfermedad reaparece después de recibir antibióticos. [112] [113] La mayoría de las personas con CDI se recuperan con un tratamiento FMT. [114] [109] [115]
Aunque el cáncer es generalmente una enfermedad de factores genéticos y ambientales del huésped, los microorganismos están implicados en alrededor del 20% de los cánceres humanos. [116] Particularmente para los factores potenciales en el cáncer de colon , la densidad bacteriana es un millón de veces mayor que en el intestino delgado , y aproximadamente 12 veces más cánceres ocurren en el colon en comparación con el intestino delgado, lo que posiblemente establece un papel patogénico para la microbiota en el colon. y cánceres de recto . [117] La densidad microbiana se puede utilizar como herramienta de pronóstico en la evaluación de los cánceres colorrectales. [117]
La microbiota puede afectar la carcinogénesis de tres maneras amplias: (i) alterando el equilibrio entre la proliferación y muerte de las células tumorales, (ii) regulando la función del sistema inmunológico e (iii) influyendo en el metabolismo de los factores, alimentos y productos farmacéuticos producidos por el huésped. [116] Los tumores que surgen en las superficies límite, como la piel, la orofaringe y los tractos respiratorio, digestivo y urogenital , albergan una microbiota. La presencia sustancial de microbios en el sitio del tumor no establece asociación ni vínculos causales. En cambio, los microbios pueden encontrar apoyo en la tensión de oxígeno del tumor o en el perfil de nutrientes. La disminución de las poblaciones de microbios específicos o el estrés oxidativo inducido también pueden aumentar los riesgos. [116] [117] De los alrededor de 10 30 microbios que hay en la Tierra, diez están designados por la Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer como carcinógenos humanos. [116] Los microbios pueden secretar proteínas u otros factores que impulsan directamente la proliferación celular en el huésped, o pueden regular hacia arriba o hacia abajo el sistema inmunológico del huésped, lo que incluye provocar inflamación aguda o crónica de manera que contribuya a la carcinogénesis. [116]
En cuanto a la relación entre la función inmune y el desarrollo de la inflamación, las barreras de la superficie mucosa están sujetas a riesgos ambientales y deben repararse rápidamente para mantener la homeostasis . La resiliencia comprometida del huésped o de la microbiota también reduce la resistencia a la malignidad, lo que posiblemente induce inflamación y cáncer. Una vez que se traspasan las barreras, los microbios pueden provocar programas proinflamatorios o inmunosupresores a través de diversas vías. [116] Por ejemplo, los microbios asociados al cáncer parecen activar la señalización de NF-κΒ dentro del microambiente del tumor. Otros receptores de reconocimiento de patrones, como los miembros de la familia NOD-2 , NLRP3 , NLRP6 y NLRP12 del receptor similar al dominio de oligomerización de unión a nucleótidos (NLR) , pueden desempeñar un papel en la mediación del cáncer colorrectal. [116] Asimismo, Helicobacter pylori parece aumentar el riesgo de cáncer gástrico, debido a que provoca una respuesta inflamatoria crónica en el estómago. [116] [117]
La enfermedad inflamatoria intestinal consta de dos enfermedades diferentes: la colitis ulcerosa y la enfermedad de Crohn, y ambas enfermedades se presentan con alteraciones en la microbiota intestinal (también conocida como disbiosis ). Esta disbiosis se presenta en forma de una disminución de la diversidad microbiana en el intestino [118] [119] y se correlaciona con defectos en los genes del huésped que cambian la respuesta inmune innata en los individuos. [118]
La progresión de la enfermedad del VIH influye en la composición y función de la microbiota intestinal, con diferencias notables entre las poblaciones VIH negativas, VIH positivas y VIH positivas post- TAR . [ cita requerida ] El VIH disminuye la integridad de la función de barrera epitelial intestinal al afectar las uniones estrechas . Esta descomposición permite la translocación a través del epitelio intestinal, lo que se cree que contribuye al aumento de la inflamación observado en personas con VIH. [120]
La microbiota vaginal juega un papel en la infectividad del VIH, con un mayor riesgo de infección y transmisión cuando la mujer tiene vaginosis bacteriana , una condición caracterizada por un equilibrio anormal de las bacterias vaginales. [121] La infectividad mejorada se observa con el aumento de citoquinas proinflamatorias y células CCR5 + CD4 + en la vagina. Sin embargo, se observa una disminución de la infectividad con niveles elevados de Lactobacillus vaginal, que promueve una condición antiinflamatoria. [120]
Los seres humanos de 100 años o más, llamados centenarios , tienen un microbioma intestinal distinto. Este microbioma se caracteriza por estar enriquecido con microorganismos capaces de sintetizar nuevos ácidos biliares secundarios . [122] Estos ácidos biliares secundarios incluyen varias isoformas de ácido litocólico que pueden contribuir al envejecimiento saludable. [122]
Con la muerte, el microbioma del cuerpo vivo colapsa y una composición diferente de microorganismos llamada necrobioma se establece como un componente activo importante del complejo proceso de descomposición física. Se cree que sus cambios predecibles a lo largo del tiempo son útiles para ayudar a determinar el momento de la muerte. [123] [124]
Los estudios de 2009 cuestionaron si la disminución de la biota (incluida la microfauna ) como resultado de la intervención humana podría impedir la salud humana, los procedimientos de seguridad hospitalaria, el diseño de productos alimenticios y los tratamientos de enfermedades. [125]
Higiene , [127] probióticos , [126] prebióticos , [128] simbióticos , [129] trasplantes de microbiota ( fecales [130] o piel [131] ), antibióticos , [132] ejercicio , [133] [134] dieta , [ 135] la lactancia materna , [136] el envejecimiento [137] puede cambiar el microbioma humano en varios sistemas anatómicos o regiones como la piel y el intestino.
El microbioma humano se transmite entre una madre y sus hijos , así como entre personas que viven en el mismo hogar . [138] [139]
La investigación primaria indica que pueden ocurrir cambios inmediatos en la microbiota cuando una persona migra de un país a otro, como cuando los inmigrantes tailandeses se establecieron en los Estados Unidos [140] o cuando los latinoamericanos emigraron a los Estados Unidos. [141] Las pérdidas de diversidad de microbiota fueron mayores en personas obesas y en hijos de inmigrantes . [140] [141]
Un estudio de 2024 sugiere que la microbiota intestinal capaz de digerir la celulosa se puede encontrar en el microbioma humano y es menos abundante en las personas que viven en sociedades industrializadas . [142] [143]
Microbioma
Este término se refiere a todo el hábitat, incluidos los microorganismos (bacterias, arqueas, eurcariotas inferiores y superiores y virus), sus genomas (es decir, genes) y las condiciones ambientales circundantes. Esta definición se basa en la de "bioma", los factores bióticos y abióticos de entornos determinados. Otros en el campo limitan la definición de microbioma a la colección de genes y genomas de miembros de una microbiota. Se sostiene que esta es la definición de
metagenoma
, que combinado con el medio ambiente constituye el microbioma.
Revisamos la literatura sobre la trimetilamina (TMA), un metabolito generado por la microbiota relacionado con el desarrollo de la aterosclerosis.
La trimetilamina es exclusivamente un producto de nutrientes (lecitina, colina, OTMA, L-carnitina) derivado de la microbiota de la dieta normal, de la que parece originarse dos enfermedades, la trimetilaminuria (o síndrome del olor a pescado) y la enfermedad cardiovascular por la propiedad proaterogénica. de su forma oxidada derivada del hígado.
de Candida
y otros microorganismos están involucrados en esta complicada infección por hongos, pero
Candida albicans
sigue siendo la más frecuente. En las últimas dos décadas se ha observado un sobrecrecimiento anormal en los tractos gastrointestinal, urinario y respiratorio, no sólo en pacientes inmunocomprometidos, sino también relacionado con infecciones nosocomiales e incluso en individuos sanos. Existe una amplia variedad de factores causales que contribuyen a la candidiasis, lo que significa que la candidiasis es un buen ejemplo de síndrome multifactorial.
Además, se informa infección gastrointestinal por hongos incluso entre aquellos pacientes con estado inmunológico normal. Las infecciones fúngicas relacionadas con el sistema digestivo pueden ser inducidas tanto por hongos oportunistas comensales como por hongos patógenos exógenos. ...
Candida
sp. También es la especie identificada con mayor frecuencia entre los pacientes con IFI gástrica. ... Alguna vez se creyó que el ácido gástrico podía matar los microbios que ingresaban al estómago y que el entorno ecológico único del estómago no era adecuado para la colonización o infección microbiana. Sin embargo, varios estudios que utilizaron métodos independientes del cultivo confirmaron que en el estómago existen una gran cantidad de bacterias resistentes a los ácidos pertenecientes a ocho filos y hasta 120 especies, como
Streptococcus
sp.,
Neisseria
sp. y
Lactobacillussp
. etc.26
, 27
Además,
Candida albicans
puede crecer bien en ambientes altamente ácidos,
28
y algunos genotipos pueden aumentar la gravedad de las lesiones de la mucosa gástrica.
29
El crecimiento excesivo de hongos en el intestino delgado (SIFO) se caracteriza por la presencia de una cantidad excesiva de organismos fúngicos en el intestino delgado asociados con síntomas gastrointestinales (GI). Se sabe que la candidiasis causa síntomas gastrointestinales, particularmente en pacientes inmunocomprometidos o en aquellos que reciben esteroides o antibióticos. Sin embargo, sólo recientemente ha aparecido literatura que indica que un crecimiento excesivo de hongos en el intestino delgado de sujetos no inmunocomprometidos puede causar síntomas gastrointestinales inexplicables. Dos estudios recientes mostraron que el 26 % (24/94) y el 25,3 % (38/150) de una serie de pacientes con síntomas gastrointestinales inexplicables tenían SIFO. Los síntomas más comunes observados en estos pacientes fueron eructos, hinchazón, indigestión, náuseas, diarrea y gases. ... La interacción hongo-bacteriana puede actuar de diferentes maneras y puede ser sinérgica, antagonista o simbiótica [29]. Algunas bacterias, como las especies
de Lactobacillus,
pueden interactuar e inhibir tanto la virulencia como el crecimiento de las especies
de Candida
en el intestino al producir peróxido de hidrógeno [30]. Cualquier daño a la barrera mucosa o alteración de la microbiota gastrointestinal con quimioterapia o uso de antibióticos, procesos inflamatorios, activación de moléculas inmunes y alteración de la reparación epitelial pueden causar un crecimiento excesivo de hongos [27].
Lactobacillus
spp. convertir triptófano en indol-3-aldehído (I3A) a través de enzimas no identificadas [125].
Clostridium sporogenes
convierte el triptófano en IPA [6], probablemente a través de una triptófano desaminasa. ... El IPA también elimina potentemente los radicales hidroxilo
Se demostró que la producción de IPA depende completamente de la presencia de microflora intestinal y podría establecerse mediante colonización con la bacteria
Clostridium sporogenes
.
[El ácido indol-3-propiónico (IPA)] se ha identificado previamente en el plasma y el líquido cefalorraquídeo de humanos, pero se desconocen sus funciones. ... En experimentos de competencia cinética que utilizan agentes atrapadores de radicales libres, la capacidad del IPA para eliminar los radicales hidroxilo superó a la de la melatonina, una indolamina considerada el eliminador natural de radicales libres más potente. A diferencia de otros antioxidantes, el IPA no se convirtió en intermediarios reactivos con actividad prooxidante.
Estos probióticos mostraron eficacia para mejorar las conductas relacionadas con trastornos psiquiátricos, como ansiedad, depresión, trastorno del espectro autista (TEA), trastorno obsesivo-compulsivo y capacidades de memoria, incluida la memoria espacial y no espacial. Debido a que muchos de los estudios de ciencia básica mostraron cierta eficacia de los probióticos sobre la función del sistema nervioso central, estos antecedentes pueden guiar y promover más estudios preclínicos y clínicos. ... Según los análisis cualitativos de los estudios actuales, podemos sacar provisionalmente la conclusión de que B. longum, B. breve, B. infantis, L. helveticus, L. rhamnosus, L. plantarum y L. casei fueron los más eficaces. para mejorar la función del SNC, incluidas las funciones asociadas a enfermedades psiquiátricas (ansiedad, depresión, estado de ánimo, respuesta al estrés) y la capacidad de memoria
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