Impulsar la supervivencia de una bacteria beneficiosa en el intestino humano

Los microbios que habitan en el intestino son críticos para la salud humana, y comprender los factores que fomentan el crecimiento de especies bacterianas beneficiosas, conocidas como bacterias «buenas», en el intestino puede permitir intervenciones médicas que promuevan la salud intestinal y humana en general. En un nuevo estudio, los investigadores de Yale han descubierto un mecanismo novedoso por el cual estas bacterias colonizan el intestino.

Específicamente, el equipo de Yale descubrió que una de las especies beneficiosas más abundantes que se encuentran en el intestino humano mostró un aumento en el potencial de colonización cuando experimentó una limitación de carbono, un hallazgo que podría generar nuevas intervenciones clínicas para apoyar un intestino saludable. Los hallazgos fueron publicados el 16 de marzo en Ciencia.

El equipo de Yale, con sede en el laboratorio del genetista Eduardo Groisman, profesor de patogénesis microbiana de Waldemar Von Zedtwitz, descubrió que la bacteria intestinal benéfica Bacteroides thetaiotaomicron respondió a la inanición de carbono, un bloque de construcción principal para todas las células, secuestrando una porción de la moléculas para un factor de transcripción esencial dentro de un compartimento sin membrana.

El equipo estableció que el secuestro del factor de transcripción aumentó su actividad, lo que modificó la expresión de cientos de genes bacterianos, incluidos varios que promueven la colonización intestinal y controlan las vías metabólicas centrales de la bacteria. Estos hallazgos revelan que las bacterias «buenas» usan el secuestro de moléculas en compartimentos sin membrana como una estrategia vital para colonizar el intestino de los mamíferos.

Bacteroides thetaiotaomicron y otras bacterias que residen en el intestino de los mamíferos tienen acceso a los nutrientes ingeridos por el animal huésped. Sin embargo, también hay largos períodos de tiempo en los que el organismo huésped no come. La privación de nutrientes, incluido el carbono, provoca la producción de factores de colonización en las bacterias intestinales beneficiosas, encontraron los investigadores.

«Una de las cosas que surgieron es que cuando un organismo está hambriento de carbono, esa es la señal que ayuda a producir propiedades que son buenas para sobrevivir en el intestino», dijo Aimilia Krypotou, becaria postdoctoral en el laboratorio de Groisman y autora principal del estudio. estudiar.

Una confluencia de observaciones de la investigación previa del laboratorio condujo al avance. La primera fue cuando Groisman notó que el tamaño del factor de transcripción del microbio intestinal era mucho mayor que el de otras proteínas homólogas bien estudiadas de otras especies bacterianas. Luego, el equipo descubrió que las bacterias no podrían sobrevivir en el intestino de un ratón sin la región adicional que falta en las proteínas homólogas.

Krypotou luego planteó la hipótesis de que la región adicional podría conferir una nueva propiedad biofísica al factor de transcripción requerido para que la bacteria sobreviva en el intestino, y realizó con éxito una serie de experimentos para probar la hipótesis.

El conocimiento de estos compartimentos sin membrana en realidad se remonta a cien años atrás, dijo Groisman. La idea clave de Krypotou, dijo, fue deducir propiedades novedosas para el factor de transcripción bacteriano, denominado Rho, en función de la región adicional. El secuestro del factor de transcripción tiene lugar mediante un proceso conocido como separación de fases líquido-líquido, un fenómeno omnipresente presente en una amplia variedad de células, incluidas las de los seres humanos.

«Este fenómeno se conoce, pero generalmente se asocia con estrés en organismos eucariotas, como plantas, animales y hongos», dijo Groisman. «Recientemente se dio cuenta de que también puede ocurrir con las bacterias y, en nuestro caso, establecimos que ocurre en las bacterias intestinales comensales, que las requieren para sobrevivir en el intestino. Uno podría imaginar potencialmente que si tuviera que manipular organismos propensos en este sentido, tal vez se podrían mejorar los organismos beneficiosos para los humanos».

Los hallazgos podrían ayudar a estimular el desarrollo de nuevas terapias probióticas para la salud intestinal, dijo Krypotou.

«La mayoría de los estudios solo observan la abundancia de bacterias», dijo. «Si no entendemos lo que está sucediendo a nivel molecular, no sabemos si ayudaría».