La microbiota es la suma de todos los microorganismos simbióticos ( mutualistas , comensales o patógenos ) que viven sobre o en un organismo. La mosca de la fruta Drosophila melanogaster es un organismo modelo y conocido como uno de los organismos más investigados en todo el mundo. La microbiota en las moscas es menos compleja que la que se encuentra en los humanos. Aún tiene una influencia en la aptitud de la mosca, [1] y afecta diferentes características del ciclo de vida como la esperanza de vida ( esperanza de vida ), la resistencia contra patógenos ( inmunidad ) y los procesos metabólicos ( digestión ). Considerando el conjunto de herramientas integral disponible para la investigación en Drosophila , el análisis de su microbioma podría mejorar nuestra comprensión de procesos similares en otros tipos de interacciones huésped-microbiota, incluidas las que involucran a los humanos. La microbiota juega un papel clave en las respuestas inmunes y metabólicas intestinales a través de su producto de fermentación ( ácido graso de cadena corta ), acetato . [2]
Drosophila melanogaster posee una microbiota intestinal comparativamente simple, que consiste en solo unas pocas especies bacterianas, principalmente de dos grupos taxonómicos bacterianos: Bacillota y Pseudomonadota . [3] [4] Las especies más comunes pertenecen a las familias Lactobacillaceae (abundancia de aprox. 30%, miembros de Bacillota) y Acetobacteraceae (aprox. 55%, miembros de Proteobacteria). Otras especies bacterianas menos comunes son de las familias Leuconostocaceae, Enterococaceae y Enterobacteriaceae (todas con una abundancia entre 2-4%). [4] Las especies más comunes incluyen Lactobacillus plantarum , Lactobacillus brevis , Acetobacter pomorum y Enterococcus faecalis , mientras que otras especies como Acetobacter aceti , Acetobacter tropicalis y Acetobacter pasteurianus también se encuentran a menudo. [3]
La especie particular de la mosca hospedadora tiene una influencia central en la composición y calidad de la microbiota intestinal, incluso si las moscas se crían en condiciones similares. [5] Sin embargo, la dieta y el entorno nutricional del hospedador también dan forma a la composición exacta de la microbiota. Por ejemplo, el pH exacto de la comida puede matar ciertas especies bacterianas. [3] En general, el tipo de comida utilizada por la mosca afecta la composición de la microbiota. [6] Las especies que se alimentan de hongos como Drosophila falleni y Microdrosophila albergan muchos Lactobacillales y generalmente mantienen una alta diversidad bacteriana en sus intestinos. La microbiota de las especies que se alimentan de flores como Drosophila elegans y Drosophila flavohirta muestra una mayor abundancia de Enterobacteriaceae y en menor medida de bacterias acidófilas (como Acetobacteraceae y Lactobacillaceae) en comparación con las especies que se alimentan de frutas como Drosophila hydei , Drosophila immigrans , Drosophila sulfurigaster , Drosophila melanogaster , Drosophila sechellia o Drosophila takahashii . [3] La carga microbiana y la composición bacteriana también varían con la edad de la mosca huésped. [3]
La alimentación es un determinante clave de la composición de la microbiota. No sólo la dieta influye en la presencia y abundancia de bacterias dentro del intestino, sino que también es necesario absorberlas continuamente del entorno para que prevalezcan como miembros de la flora intestinal. [7] La alimentación con heces parece desempeñar un papel central para el establecimiento de la microbiota de Drosophila , ya que permite a las moscas reciclar las bacterias dentro de una población de moscas en un momento determinado y también a lo largo de generaciones. Las moscas siembran la cáscara del huevo embrionario con heces. Al eclosionar, las larvas jóvenes comen sus cáscaras de huevo y, de ese modo, recogen las bacterias. La microbiota, que posteriormente se establece dentro del intestino de las larvas en desarrollo, es similar a la de las madres de las larvas. [8] Esto puede verse promovido además por la particular historia de vida de las moscas. Las moscas adultas jóvenes, que albergan menos bacterias que las moscas viejas, proliferan en un entorno moldeado por las heces de la generación de moscas anterior, lo que les permite absorber bacterias adicionales. [8]
En el intestino de Drosophila melanogaster, la composición y la acción del microbioma parecen estar estrechamente reguladas dentro de compartimentos, es decir, diferentes secciones de los intestinos. Esto se indica por la expresión diferencial de genes, especialmente con una función reguladora, en el epitelio de diferentes partes del intestino. En detalle, el intestino está compartimentado en tres partes, el intestino anterior , el intestino medio y el intestino posterior . Mientras que el intestino anterior y el intestino posterior están revestidos con una cutícula formada por el epitelio ectodérmico , el intestino medio es de origen endodérmico . [9] En las moscas adultas, el intestino medio se divide en cinco regiones más pequeñas. [10] La respuesta inmune varía entre las regiones intestinales. La vía de inmunodeficiencia (IMD) responde a infecciones bacterianas y es activada por ciertos receptores (por ejemplo, la proteína receptora de peptidoglicano PGRP-LC). Estos receptores y también otros componentes del sistema inmunológico de Drosophila , como el receptor Toll y las moléculas de la vía dDUOX, controlan las respuestas inmunológicas en el tejido ectodérmico del intestino anterior. Además, el intestino medio anterior está enriquecido con ciertos péptidos antimicrobianos (AMP). Esto sugiere que la defensa inmunológica en esta área es particularmente sensible, posiblemente porque esta región representa la primera región de contacto para los alimentos recién absorbidos, la microbiota y/o los patógenos intestinales. En el intestino medio medio y posterior, se expresan otros genes como el receptor PGRP-LB, que regula a la baja la respuesta inmunológica de IMD, posiblemente para minimizar la expresión de la defensa inmunológica contra la microbiota. Además, la propia microbiota parece controlar la expresión de varios genes metabólicos de Drosophila dentro del intestino medio, posiblemente para facilitar la digestión de los alimentos. [11] Recientemente, se ha propuesto que la vía IMD en la región del intestino medio anterior desempeña funciones múltiples para modular funciones metabólicas y mecánicas clave en el intestino. [12] En conjunto, parece que la interacción entre el huésped y la microbiota está regulada con precisión en diferentes regiones del intestino. [13]
La microbiota de Drosophila se ha visto implicada en el éxito del apareamiento al influir en el apareamiento selectivo, un fenómeno detectado en algunos estudios de Drosophila [14] , pero no en otros. [15]
La microbiota parece afectar la longevidad de Drosophila melanogaster . Hasta la fecha, los mecanismos de este efecto siguen siendo esquivos.
Las moscas de la fruta criadas en condiciones axénicas (es decir, sin ninguna bacteria en el ambiente) o curadas de su microbiota con antibióticos tuvieron una vida más corta que las moscas criadas en condiciones normales. La influencia de la microbiota en la longevidad parece ser particularmente fuerte al principio del desarrollo. [16]
Hasta la fecha, sin embargo, los mecanismos exactos subyacentes a estos efectos siguen siendo esquivos. Es posible que la proliferación inducida por la microbiota de células madre intestinales y la homeostasis metabólica asociada sean importantes en este contexto. [17] Por el contrario, la microbiota parece tener un efecto negativo en la longevidad en Drosophila melanogaster más viejas , porque su eliminación en moscas envejecidas aumenta la longevidad. Las moscas viejas tienen una capacidad reducida para combatir infecciones y esto también puede estar relacionado con los miembros bacterianos de la microbiota. [18] En animales de edad avanzada, las respuestas inmunes pueden dispararse, posiblemente dañando al huésped y favoreciendo la colonización con patógenos (por ejemplo, Gluconobacter morbifer ). [19]
Casi todos los enfoques actuales para la caracterización de la microbiota de Drosophila se basan en métodos destructivos, es decir, se matan las moscas, se les extraen los intestinos y de ellos se aíslan y/o analizan las bacterias. Para una evaluación de la dinámica de la microbiota a lo largo de la vida de una mosca individual o a lo largo del desarrollo de una población de moscas, sería favorable un enfoque no destructivo. Un enfoque de este tipo se desarrolló recientemente, centrándose en la caracterización microbiana de las heces de las moscas. Las heces de las moscas son de hecho informativas sobre la composición de la microbiota intestinal, ya que la diversidad de bacterias intestinales, bacterias de las heces y bacterias de toda la mosca de Drosophila melanogaster están todas fuertemente correlacionadas. Este nuevo enfoque podría utilizarse para demostrar la influencia conocida de las dietas. [20]