Invasión y colonización de la microbiota intestinal sana por «Escherichia coli»
La microbiota intestinal constituye la mayor comunidad de microorganismos del cuerpo humano y tiene importantes repercusiones para la salud. Por ejemplo, una microbiota intestinal sana puede ofrecer protección frente a bacterias nocivas, una función que se pierde cuando se altera su equilibrio. Sin embargo, las bacterias también pueden colonizar un intestino sano. «Aún se desconocen los mecanismos exactos que subyacen a este fenómeno, cuyo estudio se ve dificultado por el hecho de que la microbiota intestinal de cada persona puede dar lugar a respuestas únicas», comenta Hugo Barreto, investigador principal de MICROINVADER, un proyecto concebido para comprender cómo la variabilidad individual influye en la dinámica de la colonización bacteriana.
Estudio «in vitro» e «in vivo» de la microbiota intestinal humana
«Escherichia coli» es una bacteria capaz de colonizar numerosos entornos, entre ellos el intestino humano. Presenta una gran diversidad genética y, cuando coloniza el intestino, se considera «comensal», ya que puede coexistir con el hospedador sin causarle daño. No obstante, también puede comportarse como patógeno y provocar cerca de un millón de muertes al año(se abrirá en una nueva ventana). En el ser humano, «E. coli» evoluciona con rapidez e, incluso en condiciones saludables, las cepas invasoras sustituyen de forma continua a las residentes, un fenómeno conocido como «reemplazo de cepas». «Como organismo modelo, “E. coli” puede manipularse genéticamente para introducir “códigos de barras moleculares” o marcadores que permiten diferenciar cepas aisladas previamente de seres humanos», explica Barreto, del Instituto Nacional de Salud e Investigación Médica de Francia(se abrirá en una nueva ventana), entidad anfitriona del proyecto. «Como cada cepa posee un código de barras diferente, la secuenciación permite identificar los aislados naturales de “E. coli” capaces de invadir y colonizar la microbiota intestinal humana». Para estudiar este proceso «in vitro», en el marco de este proyecto financiado por las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana) se seleccionaron dieciséis microbiotas (de la cohorte NutriNet-Santé)(se abrirá en una nueva ventana). Las muestras se cultivaron durante un máximo de dos semanas en una batería de minibiorreactores (MBRA), dentro de una cámara anaerobia. «Este sistema conserva la comunidad microbiana de la microbiota intestinal de cada donante y, a la vez, facilita su manipulación en condiciones controladas. Por ejemplo, se pueden introducir aislados naturales de “E. coli” y tomar muestras de la comunidad sin la interferencia que supondrían los cambios de comportamiento de un hospedador vivo», añade Barreto. Tras unos días de aclimatación, se introdujo en los MBRA un conjunto de veintiséis aislados naturales de «E. coli», cada uno identificado mediante un código de barras molecular. A continuación, se hizo un seguimiento de su abundancia y de la evolución de estos códigos a lo largo del tiempo. Un aspecto fundamental es que las microbiotas intestinales seleccionadas ya contenían una o varias cepas residentes de «E. coli», lo que permitió estudiar en tiempo real tanto el reemplazo de cepas como la colonización conjunta. Para caracterizar la dinámica evolutiva de las cepas invasoras de «E. coli» que lograron colonizar la microbiota, se inocularon en ratones axénicos(se abrirá en una nueva ventana) —carentes de bacterias— ocho de las microbiotas intestinales humanas seleccionadas en el experimento con MBRA. A continuación, se hizo un seguimiento durante dos meses.
Factores que determinan el éxito de la invasión y la colonización
El equipo constató diferencias de hasta tres órdenes de magnitud entre las microbiotas intestinales humanas en cuanto a la capacidad de «E. coli» para invadirlas y colonizarlas. Además, la cepa de «E. coli» que predominó tras la invasión varió según el donante. «Estas diferencias se explican en parte por la diversidad de la microbiota intestinal humana y por la existencia de distintas subdivisiones genéticas de “E. coli” en ella. No obstante, observamos que la rápida evolución de la cepa invasora dominante modificaba esta dinámica», destaca Barreto. Aunque los análisis aún están en curso, los experimentos con ratones mostraron que determinadas microbiotas intestinales humanas reducen en dos órdenes de magnitud la abundancia de «E. coli». «El resultado más sorprendente fue que las cepas residentes de “E. coli” fueron reemplazadas en todas las microbiotas intestinales humanas analizadas. Anteriormente, los ensayos de colonización se habían llevado a cabo con una sola cepa y, en la mayoría de los casos, no tuvieron éxito. Sin embargo, nosotros introdujimos más de veinte cepas simultáneamente. Esto indica que el reemplazo de cepas depende tanto de la diversidad de las bacterias invasoras como de la composición de la microbiota intestinal humana», señala Barreto. Conocer los mecanismos que regulan el reemplazo de cepas en condiciones saludables podría contribuir al desarrollo de tratamientos destinados a modificar la microbiota intestinal humana para favorecer la salud, como los trasplantes de microbiota fecal.
