Bacterias intestinales cambian en reacción a la inflamación y afectan al sistema inmunitario

Las bacterias en el intestino, conocidas como microbioma, han emergido en los últimos años como un punto focal de exploración científica, con sus roles intrincados en nuestro metabolismo, nutrición y salud en general cobrando gran importancia. Investigadores del Instituto de Tecnología de Israel Technion en Haifa han hecho un descubrimiento que podría llevar a una mejor comprensión y tratamiento de enfermedades inflamatorias del intestino como la colitis y la enfermedad de Crohn.

Durante millones de años de coevolución con los humanos, las bacterias del intestino se han vuelto indispensables para el correcto funcionamiento de nuestro sistema inmunológico. El intestino es un órgano en constante cambio, sometido a cambios estructurales, químicos y mecánicos y teniendo que adaptarse a este entorno dinámico.

Un mecanismo importante que permite tal adaptación dinámica es su capacidad para experimentar cambios genómicos rápidos debido a un rasgo conocido como plasticidad. La profesora Naama Geva-Zatorsky y su equipo en la Facultad de Medicina Ruth y Bruce Rappaport de Technion y sus colaboradores han estado investigando esto durante años.

Acaba de ser publicado en la revista Cell Host and Microbe bajo el título "La inflamación y los bacteriófagos afectan los estados de inversión del ADN y la funcionalidad de la microbiota intestinal".

¿En qué se enfocó el estudio?

El estudio se enfocó en especies del orden Bacteroidales, algunas de las especies más abundantes en el microbioma intestinal humano. Mientras analizaban a más de 2,000 personas sanas y enfermas y realizaban investigaciones preclínicas en modelos de ratones, los científicos del Technion identificaron patrones distintos de inversiones de ADN en la salud y la enfermedad. Estas inversiones de ADN reversibles voltean la orientación de los segmentos principales de los genes, alternando la producción de moléculas ON y OFF.

Interesantemente, en Bacteroides fragilis (b. fragilis), las inversiones de ADN apagaron la producción de polisacárido A, una molécula que recubre las bacterias y que beneficiosamente induce células T reguladoras, un tipo especializado de célula inmunitaria que suprime la inflamación excesiva y mantiene la homeostasis intestinal.

El probable culpable son los bacteriófagos, virus que infectan bacterias. Un análisis adicional de muestras fecales de pacientes con enfermedad inflamatoria intestinal reveló un patrón llamativo: el promotor de PSA estaba predominantemente en estado OFF, lo que se correlacionaba con niveles aumentados de bacteriófagos asociados a B. fragilis. Experimentos subsecuentes con ratones libres de gérmenes colonizados con B. fragilis en presencia de bacteriófagos resaltaron un incremento significativo de B. fragilis en estado OFF y una notable reducción en las poblaciones de células Treg.

Sorprendentemente, los hallazgos revelaron una estrategia de adaptación ingeniosa utilizada por los microbios intestinales que les permite reprogramar dinámicamente la expresión génica en función de las condiciones locales como la inflamación o los ataques virales. Sin embargo, este cambio de forma biológico puede empeorar la enfermedad al mermar la producción de moléculas como el PSA que regulan el sistema inmunológico y reducen la inflamación intestinal.

"Esta investigación ofrece una visión crítica de las interacciones intricadas entre las bacterias intestinales y el sistema inmunológico en la enfermedad inflamatoria intestinal. Nuestra explicación es que la misma flexibilidad genómica que se desarrolló a través de la evolución proporciona a las bacterias una plasticidad funcional, lo que les ayuda a adaptarse a la enfermedad intestinal", comentó Geva-Zatorsky. "Abre puertas para intervenciones dirigidas a restaurar el equilibrio de la microbiota intestinal en pacientes con EII".

El equipo de investigación incluyó a Shaqed Carasso, Rawan Zaatry, Haitham Hajjo, Dana Kadosh-Kariti y el Dr. Tal Gefen. Se llevó a cabo en colaboración con científicos de los Estados Unidos, España e Israel: el Dr. Michael Coyne, la Prof. Laurie Comstock, el Prof. Juan Joffre, el Dr. Jeffrey Kate, el Dr. Itai Sharon, graduado del Technion del Instituto de Investigación Migal Galilee, y la Prof. Yehuda Chowers y la Dra. Sigal Pressman del Campus de Atención Médica Rambam en Haifa.