Perspectivas de los microorganismos intestinales y las enfermedades neurológicas, parte 1

El tracto gastrointestinal de todo ser humano sano consta de un conjunto único de microbiota intestinal que en conjunto alberga una comunidad diversa y compleja de más de 100 billones de microorganismos, incluidas bacterias, virus, arqueas, protozoos y hongos.

Las arqueas son una clase de procariotas que han existido durante miles de millones de años en la historia geográfica. En los últimos años, los científicos han estado estudiando las arqueas más profundamente y descubriendo su magia. Entre ellos, el más sorprendente es la relación entre arqueas y memoria.

Como todos sabemos, la memoria es una función esencial del cerebro humano. Si perdemos la memoria, será muy difícil. ¿Pero lo sabías? Archaea puede promover la memoria humana.

Los estudios han demostrado que las arqueas pueden producir una sustancia llamada "ácido lisérgico", que puede estimular la actividad de las neuronas cerebrales y promover la memoria humana. El ácido lisérgico también puede afectar la frecuencia de las ondas cerebrales y mejorar la memoria y la capacidad de aprendizaje al cambiar el ritmo del cerebro.

Además, las arqueas también pueden mejorar nuestro estado de ánimo y la calidad del sueño. Un cuerpo y un estado emocional sanos son requisitos previos importantes para mantener la memoria.

Por tanto, para mantener un cerebro sano y una memoria fuerte, podemos prevenir y tratar consumiendo alimentos ricos en arqueas. Alimentos como el yogur y los productos de soja fermentados son ricos en arqueas. Además, en ocasiones también podemos encontrar ingredientes de arqueas en productos para la salud.

En resumen, existe una estrecha relación entre arqueas y memoria. Al consumir adecuadamente alimentos ricos en Archaea, podemos mantener un cerebro sano y una memoria fuerte, mejorando nuestras vidas. Se puede ver que necesitamos mejorar nuestra memoria, y Cistanche puede mejorar significativamente la memoria porque Cistanche es un material medicinal tradicional chino con muchos efectos únicos, uno de los cuales es mejorar la memoria. La eficacia de Cistanche proviene de los diversos ingredientes activos que contiene, incluidos ácido tánico, polisacáridos, glucósidos flavonoides, etc. Estos ingredientes pueden promover la salud del cerebro de muchas maneras.

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Los microbios intestinales tienen una relación simbiótica con nuestro cuerpo. La composición de la microbiota se determina en las primeras etapas de la vida mediante la maduración intestinal, que está influenciada por varios factores.

Las bacterias intestinales son cruciales para mantener la homeostasis inmune y metabólica y proteger contra patógenos. La disbiosis de la microbiota intestinal se asocia no sólo con trastornos intestinales sino también con enfermedades extraintestinales como trastornos metabólicos y neurológicos.

En esta revisión, los autores examinan diferentes estudios que han revelado las posibles hipótesis y vínculos en el desarrollo de trastornos neurológicos asociados al microbioma intestinal.

Primer borrador presentado: 30 de noviembre de 2020; Aceptado para publicación: 20 de mayo de 2021; Publicado en línea: 14 de julio de 2021.

Palabras clave: enfermedad de Alzheimer • ansiedad • trastorno del espectro autista • eje intestino-cerebro • microorganismos intestinales • microbioma • esclerosis múltiple • enfermedad neurológica • enfermedad de Parkinson • esquizofrenia.

Los microorganismos intestinales que residen en el tracto gastrointestinal (GI) humano son una parte esencial del desarrollo humano, ya que sirven como la interfaz más grande entre el huésped, los factores ambientales y los antígenos en el cuerpo humano.

El número de microbios intestinales en nuestros intestinos supera los 1014, todos ellos dedicados a formar una relación mutuamente beneficiosa (simbiosis) con el cuerpo. Las bacterias, arqueas y eucariotas que habitan el tracto gastrointestinal benefician a los humanos de varias maneras a través de una variedad de funciones fisiológicas, como fortalecer la integridad intestinal o dar forma al epitelio intestinal, regular la inmunidad del huésped, proteger contra patógenos, recolectar energía y proporcionar nutrientes como vitaminas [1]. .

Esta relación simbiótica es el resultado de varios factores ambientales que se inician durante el contacto entre el feto y la microbiota vaginal durante el parto [2]. Los microorganismos intestinales desempeñan funciones importantes dentro del cuerpo humano, que ayudan al crecimiento y desarrollo adecuados.

Históricamente, los microorganismos intestinales se consideraban una bendición para los humanos como resultado de estos efectos beneficiosos para la salud.

Sin embargo, sorprendentemente, estudios recientes han demostrado que los microbios intestinales tienen un efecto en las enfermedades del sistema nervioso central (SNC) debido a la comunicación bidireccional entre el microbioma intestinal y el SNC, conocida como eje microbiota-intestino-cerebro, y también pueden influir en la desarrollo general y función del cerebro.

Los trastornos del neurodesarrollo, neurodegenerativos y psiquiátricos están relacionados con modificaciones en la cantidad de flora intestinal. En consecuencia, recientemente se ha identificado una asociación entre una variedad de microorganismos intestinales y las formas más prevalentes de enfermedades neurológicas (p. ej., enfermedad de Alzheimer [EA], esclerosis múltiple [EM], esquizofrenia).

Aunque los mecanismos y funciones de los microorganismos intestinales en el desarrollo de estas enfermedades no se conocen bien, varios estudios recientes han propuesto diferentes hipótesis posibles que explican cómo los microorganismos intestinales pueden influir en su desarrollo [3,4].

Esta revisión proporciona un estudio completo de los microorganismos intestinales y su desarrollo, así como sus funciones dentro del cuerpo humano y su participación en las enfermedades neurológicas, incluidas hipótesis actualizadas sobre la patogénesis microbiana en las enfermedades neurológicas.

Composición y diversidad de microorganismos intestinales.

La microbiota intestinal está compuesta por varias especies de microorganismos, incluidas bacterias, levaduras y virus.

La composición de los microbios intestinales evoluciona a lo largo de nuestras vidas de acuerdo con cambios anatómicos, dietéticos y de estado nutricional (p. ej., magro, obeso, anoréxico), así como patológicos (infecciones sistémicas y gastrointestinales), ambientales (p. ej., clima, lugar de trabajo, estilo de vida, composición familiar). y factores farmacológicos (p. ej., uso de antibióticos, probióticos, laxantes, procinéticos) [5].

La microbiota humana contiene componentes como arqueas, virus, hongos, levaduras y otros eucariotas (p. ej., Blastocystis y Amoebozoa), que han sido ignorados en la investigación, y la información sobre hongos comensales, arqueas y protozoos también es escasa [5,6]. .

Según la taxonomía, las bacterias se pueden clasificar en filos (en biología, un filo [fila plural] es un nivel de clasificación o rango taxonómico por debajo del reino y por encima de la clase), clases, órdenes, familias, géneros y especies [7].

Los filos microbianos intestinales dominantes están formados por Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria y Verrucomicrobia, y el 90% de la microbiota intestinal consta de los dos filos Firmicutes y Bacteroidetes.

El filo Firmicutes está compuesto por más de 200 géneros diferentes, incluidos Lactobacillus, Bacillus, Clostridium, Enterococcus y Ruminococcus, y el 95% del filo está formado por el género Clostridium.

Los géneros predominantes que comprenden Bacteroidetes incluyen Bacteroides y Prevotella, mientras que el filo Actinobacteria es menos abundante en proporción y está representado principalmente por el género Bifidobacterium.

La microbiota intestinal se caracteriza por grupos de bacterias llamadas enterotipos y tres enterotipos se caracterizan por tres grupos de bacterias dominantes: Bacteroides (enterotipo I), Prevotella (enterotipo II) y Ruminococcus (enterotipo III).

El enterotipo I obtiene energía principalmente de los carbohidratos mediante la glucólisis y las vías de las pentosas fosfato, mientras que los enterotipos II y III pueden degradar las glicoproteínas mucina de la capa mucosa intestinal [8,9].

En cada parte del tracto gastrointestinal, la microbiota intestinal humana varía taxonómica y funcionalmente y varía en el mismo individuo según las transiciones infantiles, la edad y factores ambientales como el uso de antibióticos. Se ha descubierto que los bacteriófagos intestinales son el componente principal del viroma intestinal. – constituyen alrededor del 90% de su composición, imitan el crecimiento de la microbiota bacteriana en los bebés y se cree que permanecen estables en la vida adulta [10].

Entre los genes conservados durante la evolución viral intestinal, algunos recolectan energía para actividades como el transporte y la degradación de carbohidratos [11-13].

Estas propiedades las muestran comúnmente los virus de plantas derivados de la dieta que poseen la capacidad de controlar la microbiota bacteriana humana o el metabolismo del huésped, incluida la síntesis de proteínas y la síntesis y degradación de carbohidratos [14].

Curiosamente, nuevos métodos metagenómicos nos han permitido identificar la composición del viroma intestinal y nos han demostrado que el intestino está poblado por una variedad de patógenos. Patógenos como Norwalk, Rotavirus y Enterovirus son responsables de la gastroenteritis, ya que dañan directamente los enterocitos o alteran la secreción de iones y agua en el colon.

Además, también se ha encontrado una gran lista de virus gigantes indetectables (resultantes de protozoos y parásitos) y virus y bacteriófagos derivados de plantas [15,16].

La comunidad del microbioma intestinal está dominada principalmente por bacterias y, como resultado, la investigación sobre la composición de los microbios intestinales se ha centrado tradicionalmente en las bacterias. Sin embargo, recientemente, nuevos estudios han revelado la presencia de otros microbios que podrían tener un gran impacto tanto en la promoción de la salud como en la inducción de enfermedades en los huéspedes.

Por lo tanto, también es importante realizar estudios sobre microbios desatendidos para aprender más sobre los patógenos en enfermedades neurológicas y de otro tipo.

Papel de los microorganismos intestinales en el cuerpo humano.

Los microorganismos intestinales desempeñan un papel muy importante en la salud al realizar diferentes funciones necesarias para el crecimiento y desarrollo del cuerpo. Por el contrario, un desequilibrio de estos microbios puede provocar muchas enfermedades o trastornos relacionados con la salud.

Microorganismos y sus metabolitos.

Millones de bacterias que residen en el intestino afectan la homeostasis del huésped. La microbiota establece una relación simbiótica y mutualista con el huésped, lo que implica que tanto el huésped como las bacterias dependen unos de otros para sobrevivir.

El microbioma es responsable de suministrar los nutrientes esenciales; sintetizar vitaminas, enzimas y aminoácidos; metabolizar xenobióticos y drogas; digerir celulosa; realizar angiogénesis; mejora de la función del nervio entérico (Tabla 1) [17-20]; y sintetizar ácidos grasos de cadena corta (SCFA), que incluyen metabolitos como butirato, propionato y acetato [21].

Organismos del colon como Bacteroides, Roseburia, Bifidobacterium y Enterobacteriaceae participan en la fermentación de carbohidratos y oligosacáridos no digeribles, lo que da como resultado la síntesis de SCFA, lo que mejora la salud intestinal [22,23].

Bacteroides thetaiotaomicron, un miembro del género Bacteroides, también participa en la fermentación de carbohidratos [24]. Se ha demostrado que B thetaiotaomicron exhibe una mayor expresión de colipasa, una enzima requerida por la lipasa pancreática para la digestión de lípidos [25].

Bacteroidetes y Firmicutesas ayudan en el metabolismo de los restos de alimentos no digeridos. Lactobacillus plantarum mantiene la integridad de la barrera intestinal e impide la entrada de bacterias intestinales, toxinas bacterianas, grasas parcialmente digeridas y proteínas al torrente sanguíneo, evitando así la aparición de los síntomas característicos del intestino permeable [26].

De lo contrario, un intestino permeable o un revestimiento intestinal dañado permitiría que partículas de alimentos no digeridos, sustancias de desecho tóxicas y bacterias se filtraran a través de los intestinos y entraran al torrente sanguíneo, induciendo así una respuesta inmune, causando inflamación en todo el sistema y haciendo que un individuo sea susceptible a múltiples problemas de salud. trastornos.

Estudios recientes en ratones han demostrado que los AGCC, en particular el butirato, mejoran la integridad de la barrera intestinal [21]. La microbiota protege al huésped impidiendo el establecimiento y crecimiento de patógenos.

El efecto de protección se implementa a través de diferentes mecanismos. Por ejemplo, las bacterias intestinales compiten para unirse al borde en cepillo de las células epiteliales intestinales, evitando así la unión y entrada de bacterias morbíficas en las células epiteliales [31].

Además, los microbios intestinales compiten por los nutrientes proporcionados por el huésped, inhibiendo el crecimiento de competidores patógenos. Además, las bacteriocinas producidas por la microbiota intestinal inhiben el crecimiento de bacterias patógenas [32,33].

La microbiota también influye en el desarrollo del SNC mediante la producción de neurotransmisores y neuromoduladores, y su ausencia se asocia con muchos problemas relacionados con el desarrollo del SNC [34].

Los miembros de los géneros Lactobacillus y Bifidobacterium sintetizan ácido gamma-aminobutírico (GABA); Escherichia, Bacillus y Saccharomyces sintetizan noradrenalina; Candida, Streptococcus, Escherichia y Enterococcus sintetizan serotonina; Bacillus y Serratia sintetizan dopamina; y Lactobacillus sintetiza acetilcolina [27].

Los miembros del género Bacteroides sintetizan ácido linoleico conjugado, que posee propiedades antidiabéticas, antiaterogénicas, antiobesogénicas, hipolipidémicas e inmunomoduladoras [28,29].

El metabolismo de varias proteínas de la dieta se debe a la interacción entre el huésped y la microbiota intestinal, cada uno de los cuales realiza sus respectivas funciones metabólicas; por ejemplo, la enzima bacteriana histamina descarboxilasa convierte la L-histidina en histamina [35]. Las bacterias también pueden sintetizar aminoácidos para ser utilizados por el huésped; sin embargo, esta función depende en gran medida del papel de utilización de aminoácidos de la microbiota.

La microbiota intestinal también participa en la degradación de los polifenoles de la dieta (p. ej., flavanoles, flavanonas, flavan{0}}oles), que permanecen inactivos cuando se ingieren. Bacteroides distasonis, Bacteroides uniformis, Enterococcus casseliflavus y Eubacterium ramulus digieren los flavanoles; Butyrivibrio spp.

digerir los taninos, especialmente los polifenoles de arándano y frambuesa; Clostridium orbiscindens y Enterococcus avium digieren flavonas; y L plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus y Bifidobacterium longum digieren antocianidinas [30].

También hay que señalar que, además de varios beneficios, la fermentación de proteínas implica la producción de ciertos metabolitos que pueden provocar varios defectos fisiológicos en el huésped. La microbiota intestinal también contribuye al metabolismo xenobiótico.

Los xenobióticos son compuestos extraños que no son producidos por el propio huésped, sino que se denominan productos farmacéuticos, tóxicos ambientales y toxinas. Los microbios intestinales dirigen el metabolismo xenobiótico a través de dos mecanismos diferentes, directos e indirectos, dependiendo de los factores de la dieta y el estilo de vida [36].

Los microbios intestinales inducen el metabolismo xenobiótico mediante la inactivación de metabolitos xenobióticos, la bioactivación de precursores xenobióticos, la reactivación del metabolismo xenobiótico desintoxicado del huésped o la expresión alterada de la permeabilidad intestinal del huésped.

El eje intestino-cerebro

La interacción entre el intestino y el cerebro revela un vínculo fisiológico entre ellos que asegura el establecimiento de la homeostasis gastrointestinal así como el mantenimiento de las funciones cognitivas y límbicas.

La relación de colaboración entre el SNC, el sistema nervioso autónomo (SNA), el sistema nervioso entérico (SNE) y el eje hipotalámico-pituitario-suprarrenal (HPA) del cuerpo se denomina "eje intestino-cerebro".

La interacción involucra rutas directas e indirectas entre los centros cognitivos y emocionales del cerebro y las funciones intestinales periféricas.

El eje intestino-cerebro es una combinación de los brazos simpático y parasimpático del SNA, que impulsan señales neuronales aferentes y eferentes, respectivamente, conectando el eje intestino-cerebro.

La evidencia experimental indica que la microbiota intestinal tiene una influencia significativa en el eje intestino-cerebro y que la desregulación del microbioma intestinal puede conducir al desarrollo de trastornos inmunológicos, neurológicos y psiquiátricos [37-40].

Un desequilibrio en la composición de la microbiota intestinal también está relacionado con trastornos gastrointestinales.

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