En la última década, los investigadores han comenzado a apreciar la importancia de una comunicación bidireccional que se produce entre los microbios en el tracto gastrointestinal y el cerebro, conocida como eje intestino-cerebro. Estas «conversaciones» pueden modificar el funcionamiento de estos órganos e involucrar una red compleja de señales químicas derivadas de microbios y cerebros que son un desafío para los científicos desacoplar para obtener una comprensión.
«Actualmente, es difícil determinar qué especies microbianas provocan alteraciones cerebrales específicas en un organismo vivo», dijo el primer autor, el Dr. Thomas D. Horvath, profesor de patología e inmunología en el Baylor College of Medicine y el Texas Children’s Hospital. «Aquí presentamos una herramienta valiosa que permite investigaciones sobre las conexiones entre los microbios intestinales y el cerebro. Nuestro protocolo de laboratorio permite la identificación y evaluación integral de los metabolitos (compuestos que producen los microbios) a nivel celular y de animales completos».
El tracto gastrointestinal alberga una comunidad rica y diversa de microorganismos beneficiosos conocidos colectivamente como la microbiota intestinal. Además de sus funciones en el mantenimiento del ambiente intestinal, los microbios intestinales son cada vez más reconocidos por su influencia en otros órganos distantes, incluido el cerebro.
«Los microbios intestinales pueden comunicarse con el cerebro a través de varias rutas, por ejemplo, mediante la producción de metabolitos, como ácidos grasos de cadena corta y peptidoglicanos, neurotransmisores, como el ácido gamma-aminobutírico y la histamina, y compuestos que modulan el sistema inmunitario y otros. ”, dijo la coautora principal, la Dra. Melinda A. Engevik, profesora asistente de medicina regenerativa y celular en la Universidad Médica de Carolina del Sur.
El papel que desempeñan los microbios en la salud del sistema nervioso central se destaca por los vínculos entre el microbioma intestinal y la ansiedad, la obesidad, el autismo, la esquizofrenia, la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer.
«Los modelos animales han sido fundamentales para vincular los microbios con estos procesos neuronales fundamentales», dijo la coautora, la Dra. Jennifer K. Spinler, profesora asistente de patología e inmunología en Baylor y el Centro de Microbioma del Hospital Infantil de Texas. «El protocolo en el estudio actual permite a los investigadores tomar medidas para desentrañar la participación específica del eje intestino-cerebro en estas condiciones, así como su papel en la salud».
Una hoja de ruta para comprender el complejo sistema de tráfico en el eje intestino-cerebro
Una estrategia que utilizaron los investigadores para obtener información sobre cómo un solo tipo de microbio puede influir en el intestino y el cerebro consistió primero en cultivar los microbios en el laboratorio, recolectar los metabolitos que produjeron y analizarlos mediante espectrometría de masas y metabolómica. La espectrometría de masas es una técnica de laboratorio que se puede utilizar para identificar compuestos desconocidos determinando su peso molecular y para cuantificar compuestos conocidos. La metabolómica es una técnica para el estudio a gran escala de los metabolitos.
«Luego se estudió el efecto de los metabolitos en mini intestinos, un modelo de laboratorio de células intestinales humanas que retiene las propiedades del intestino delgado y es fisiológicamente activo», dijo Engevik. «Además, los metabolitos del microbio se pueden estudiar en animales vivos».
«Podemos ampliar nuestro estudio a una comunidad de microbios», dijo Spinler. «De esta manera, investigamos cómo las comunidades microbianas trabajan juntas, hacen sinergia e influyen en el huésped. Este protocolo brinda a los investigadores una hoja de ruta para comprender el complejo sistema de tráfico entre el intestino y el cerebro y sus efectos».
«Pudimos crear este protocolo gracias a grandes colaboraciones interdisciplinarias que involucraron a médicos, científicos del comportamiento, microbiólogos, científicos de biología molecular y expertos en metabolómica», dijo Horvath. «Esperamos que nuestro enfoque ayude a crear comunidades de diseño de microbios beneficiosos que puedan contribuir al mantenimiento de un cuerpo sano. Nuestro protocolo también ofrece una forma de identificar posibles soluciones cuando la falta de comunicación entre el intestino y el cerebro conduce a enfermedades».
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Otros colaboradores de este trabajo fueron Sigmund J. Haidacher, Berkley Luck, Wenly Ruan, Faith Ihekweazu, Meghna Bajaj, Kathleen M. Hoch, Numan Oezguen, James Versalovic y Anthony M. Haag. Los autores están afiliados a una o más de las siguientes instituciones: Baylor College of Medicine, Texas Children’s Hospital y Alcorn State University.
Este estudio fue apoyado por una subvención NIH K01 K12319501 y el Consejo Global de Probióticos 2019-19319, subvenciones del Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales (Subvención P30-DK-56338 al Centro de Enfermedades Digestivas del Centro Médico de Texas, Sistemas Modelo Experimentales Gastrointestinales) , subvención NIH U01CA170930 y apoyo de investigación sin restricciones de BioGaia AB (Estocolmo, Suecia).
