Microbiota intestinal

Un enterotipo es una clasificación de organismos vivos basada en su ecosistema bacteriológico en el microbioma intestinal humano, no determinada por la edad, el sexo, el peso corporal ni las divisiones nacionales. ^{[ 28 ]} Existen indicios de que la dieta a largo plazo influye en el enterotipo. ^{[ 29 ]} Se han propuesto tres enterotipos humanos, ^{[ 28 ] [ 30 ]} pero su valor ha sido cuestionado. ^{[ 31 ]}

Los hongos también forman parte de la flora intestinal, pero se sabe menos sobre sus actividades. ^{[ 43 ]}

Debido a la prevalencia de hongos en el entorno natural, determinar qué géneros y especies son miembros permanentes del micobioma intestinal es difícil. ^{[ 44 ] [ 45 ]} Se está investigando si Penicillium es un miembro permanente o transitorio de la flora intestinal, obtenido de fuentes dietéticas como el queso , aunque se sabe que varias especies del género sobreviven a temperaturas alrededor de 37  °C, aproximadamente la misma que la temperatura corporal central . ^{[ 45 ]} Se sabe que Saccharomyces cerevisiae , levadura de cerveza, llega a los intestinos después de ser ingerida y puede ser responsable de la condición del síndrome de autofermentación en casos donde es excesiva, ^{[ 45 ] [ 46 ] [ 47 ]} mientras que Candida albicans es probablemente un miembro permanente y se cree que se adquiere al nacer a través de la transmisión vertical . ^{[ 48 ]}

El viroma humano incluye todos los virus asociados al cuerpo humano, desde virus que infectan células nativas hasta bacteriófagos que infectan bacterias en el microbioma. Entre estos, los bacteriófagos son, con mucho, los más numerosos. ^{[ 49 ]}

Existen patrones comunes de evolución de la composición del microbioma a lo largo de la vida. ^{[ 50 ]} En general, la diversidad de la composición de la microbiota en muestras fecales es significativamente mayor en adultos que en niños, aunque las diferencias interpersonales son mayores en niños que en adultos. ^{[ 51 ]} Gran parte de la maduración de la microbiota hacia una configuración similar a la del adulto ocurre durante los primeros tres años de vida. ^{[ 51 ]}

A medida que cambia la composición del microbioma, también lo hace la composición de las proteínas bacterianas producidas en el intestino. En los microbiomas de adultos, se ha encontrado una alta prevalencia de enzimas involucradas en la fermentación , la metanogénesis y el metabolismo de la arginina , el glutamato , el aspartato y la lisina . En contraste, en los microbiomas infantiles, las enzimas dominantes están involucradas en el metabolismo de la cisteína y las vías de fermentación. ^{[ 51 ]}

La composición del microbioma intestinal depende del origen geográfico de las poblaciones. Las variaciones en la proporción de Prevotella , la representación del gen de la ureasa y la representación de los genes que codifican la glutamato sintasa/degradación u otras enzimas implicadas en la degradación de aminoácidos o la biosíntesis de vitaminas muestran diferencias significativas entre poblaciones de origen estadounidense, malauí o amerindio. ^{[ 51 ]}

La población estadounidense presenta una alta representación de enzimas que codifican la degradación de la glutamina y enzimas implicadas en la biosíntesis de vitaminas y ácido lipoico ; mientras que las poblaciones de Malawi y los pueblos indígenas tienen una alta representación de enzimas que codifican la glutamato sintasa y también presentan una sobreabundancia de α-amilasa en sus microbiomas. Dado que la población estadounidense tiene una dieta más rica en grasas que las poblaciones indígenas o de Malawi, cuya dieta es rica en maíz, es probable que la dieta sea el principal determinante de la composición bacteriana intestinal. ^{[ 51 ]}

Estudios posteriores han indicado una gran diferencia en la composición de la microbiota entre niños europeos y niños rurales africanos. Las bacterias fecales de niños de Florencia se compararon con las de niños de la pequeña aldea rural de Boulpon en Burkina Faso . La dieta de un niño típico que vive en esta aldea carece en gran medida de grasas y proteínas animales y es rica en polisacáridos y proteínas vegetales. Las bacterias fecales de los niños europeos estaban dominadas por Firmicutes y mostraron una marcada reducción en la biodiversidad, mientras que las bacterias fecales de los niños de Boulpon estaban dominadas por Bacteroidetes . El aumento de la biodiversidad y la diferente composición del microbioma intestinal en las poblaciones africanas pueden ayudar en la digestión de polisacáridos vegetales normalmente indigeribles y también pueden resultar en una menor incidencia de enfermedades colónicas no infecciosas. ^{[ 52 ]} Estudios de poblaciones de cazadores-recolectores han demostrado además el impacto de la estrategia de subsistencia en la composición del microbioma intestinal. Una investigación sobre los Hadza, una comunidad de cazadores-recolectores en Tanzania, encontró una diversidad microbiana significativamente mayor en comparación con los controles italianos, con un enriquecimiento de taxones como Treponema , Prevotella y Bacteroidetes no clasificados asociados con la fermentación de alimentos vegetales fibrosos. ^{[ 53 ]} De manera similar, el análisis del microbioma intestinal de los amerindios Yanomami en Venezuela, una comunidad sin contacto documentado previo con poblaciones occidentales, reveló el nivel más alto de diversidad bacteriana registrado en un grupo humano. Esto sugiere que la industrialización y las dietas occidentales están asociadas con una pérdida progresiva de la diversidad microbiana ancestral. ^{[ 54 ]}

A menor escala, se ha demostrado que compartir numerosas exposiciones ambientales comunes en una familia es un determinante importante de la composición del microbioma individual. Este efecto no tiene influencia genética y se observa de forma consistente en poblaciones culturalmente diferentes. ^{[ 51 ]}

Investigadores del American Gut Project y del Human Microbiome Project descubrieron que la abundancia de doce familias de microbios variaba según la raza o etnia del individuo. La fuerza de estas asociaciones se ve limitada por el pequeño tamaño de la muestra: el American Gut Project recopiló datos de 1375 individuos, el 90 % de los cuales eran blancos. ^{[ 59 ]} El estudio Healthy Life in an Urban Setting (HELIUS) en Ámsterdam halló que las personas de ascendencia holandesa presentaban el mayor nivel de diversidad de la microbiota intestinal, mientras que las de ascendencia del sur de Asia y Surinam presentaban la menor diversidad. Los resultados del estudio sugirieron que los individuos de la misma raza o etnia tienen microbiomas más similares que los individuos de diferentes orígenes raciales. ^{[ 59 ]}

Hasta 2020, al menos dos estudios han demostrado una relación entre el estatus socioeconómico (ESE) de un individuo y su microbiota intestinal. Un estudio realizado en Chicago halló que las personas que vivían en barrios con un ESE más elevado presentaban una mayor diversidad de microbiota. Asimismo, las personas de estos barrios tenían una mayor abundancia de bacterias Bacteroides . De manera similar, un estudio con gemelos en el Reino Unido encontró que un ESE más elevado también se asociaba con una mayor diversidad intestinal. ^{[ 59 ]}

Según un estudio de 2023, los antibióticos, especialmente los utilizados en el tratamiento de infecciones bacterianas de amplio espectro, tienen efectos negativos sobre la microbiota intestinal. ^{[ 60 ]} El estudio también señala que muchos expertos en salud intestinal están preocupados porque el uso de anticuerpos ha reducido la diversidad de la microbiota intestinal, se pierden muchas cepas y, si se produce un resurgimiento de las bacterias, este es gradual y a largo plazo. ^{[ 60 ]}

La comunidad de flora intestinal desempeña un papel directo en la defensa contra patógenos al colonizar completamente el espacio, aprovechar todos los nutrientes disponibles y secretar compuestos conocidos como citocinas que eliminan o inhiben organismos no deseados que competirían con ella por los nutrientes. ^{[ 64 ]} Las diferentes cepas de bacterias intestinales producen distintas citocinas. Las citocinas son compuestos químicos producidos por nuestro sistema inmunitario para iniciar la respuesta inflamatoria contra las infecciones. La alteración de la flora intestinal permite que organismos competidores como Clostridioides difficile se establezcan, organismos que de otro modo permanecerían inactivos. ^{[ 64 ]}

La flora intestinal en los lactantes se asemeja a la de un adulto entre uno y dos años después del nacimiento. ^{[ 13 ]} A medida que se establece la flora intestinal, el revestimiento de los intestinos (el epitelio intestinal y la barrera mucosa intestinal que secreta) desarrolla una simbiosis con los microorganismos. ^{[ 13 ]} Específicamente, las células caliciformes que producen la mucosa proliferan y la capa mucosa se engrosa, proporcionando una capa mucosa externa en la que los microorganismos beneficiosos pueden anclarse y alimentarse, y una capa interna que estos organismos no pueden penetrar. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Además, el desarrollo del tejido linfoide asociado al intestino (GALT), que forma parte del epitelio intestinal y que detecta y reacciona a los patógenos, se desarrolla durante el tiempo en que se establece la flora intestinal. ^{[ 13 ]} El GALT que se desarrolla es tolerante a las especies de la flora intestinal, pero no a otros microorganismos. ^{[ 13 ]} El GALT también se vuelve normalmente tolerante a los alimentos que consume el lactante y a los metabolitos de la flora intestinal (moléculas formadas por el metabolismo) producidos a partir de los alimentos. ^{[ 13 ]}

El sistema inmunitario humano crea citocinas que pueden impulsar al sistema inmunitario a producir inflamación para protegerse, y que pueden atenuar la respuesta inmunitaria para mantener la homeostasis y permitir la curación después de una agresión o lesión. ^{[ 13 ]} Se ha demostrado que diferentes especies bacterianas que aparecen en la flora intestinal pueden impulsar al sistema inmunitario a crear citocinas selectivamente; por ejemplo, Bacteroides fragilis y algunas especies de Clostridia parecen impulsar una respuesta antiinflamatoria, mientras que algunas bacterias filamentosas segmentadas impulsan la producción de citocinas inflamatorias. ^{[ 13 ] [ 65 ]} La flora intestinal también puede regular la producción de anticuerpos por el sistema inmunitario. ^{[ 13 ] [ 66 ]} Una función de esta regulación es hacer que las células B cambien de clase a IgA . En la mayoría de los casos, las células B necesitan activación de las células T cooperadoras para inducir el cambio de clase ; sin embargo, en otra vía, la flora intestinal causa señalización de NF-kB por las células epiteliales intestinales, lo que da como resultado que se secreten más moléculas de señalización. ^{[ 67 ]} Estas moléculas de señalización interactúan con las células B para inducir el cambio de clase a IgA. ^{[ 67 ]} La IgA es un tipo importante de anticuerpo que se utiliza en entornos mucosos como el intestino. Se ha demostrado que la IgA puede ayudar a diversificar la comunidad intestinal y ayuda a eliminar las bacterias que causan respuestas inflamatorias. ^{[ 68 ]} En última instancia, la IgA mantiene un entorno saludable entre el huésped y las bacterias intestinales. ^{[ 68 ]} Estas citocinas y anticuerpos pueden tener efectos fuera del intestino, en los pulmones y otros tejidos. ^{[ 13 ]}

Una revisión de 2022 indicó que se están investigando preliminarmente varios mecanismos para evaluar cómo los microbios intestinales pueden modular la inmunogenicidad de las vacunas , incluidos los efectos sobre la presentación de antígenos y los perfiles de citoquinas. ^{[ 69 ]}

Sin flora intestinal, el cuerpo humano no podría utilizar algunos de los carbohidratos no digeridos que consume, porque algunos tipos de flora intestinal tienen enzimas que las células humanas no poseen para descomponer ciertos polisacáridos . ^{[ 15 ]} Los roedores criados en un ambiente estéril y sin flora intestinal necesitan consumir un 30 % más de calorías solo para mantener el mismo peso que sus contrapartes normales. ^{[ 15 ]} Los carbohidratos que los humanos no pueden digerir sin ayuda bacteriana incluyen ciertos almidones , fibra , oligosacáridos y azúcares que el cuerpo no pudo digerir y absorber, como la lactosa en el caso de la intolerancia a la lactosa y los alcoholes de azúcar , el moco producido por el intestino y las proteínas. ^{[ 10 ] [ 15 ]}

Las bacterias transforman los carbohidratos que fermentan en ácidos grasos de cadena corta mediante un proceso de fermentación llamado fermentación sacarolítica . ^{[ 40 ]} Los productos incluyen ácido acético , ácido propiónico y ácido butírico . ^{[ 8 ] [ 40 ]} Estos materiales pueden ser utilizados por las células del huésped, proporcionando una importante fuente de energía y nutrientes. ^{[ 40 ]} Los gases (que participan en la señalización ^{[ 74 ]} y pueden causar flatulencia ) y los ácidos orgánicos , como el ácido láctico , también se producen por fermentación. ^{[ 8 ]} El ácido acético es utilizado por el músculo , el ácido propiónico facilita la producción hepática de ATP y el ácido butírico proporciona energía a las células intestinales. ^{[ 40 ]}

La flora intestinal también sintetiza vitaminas como la biotina y el folato , y facilita la absorción de minerales dietéticos , incluidos el magnesio, el calcio y el hierro. ^{[ 7 ] [ 23 ]} Methanobrevibacter smithii es único porque no es una especie de bacteria, sino un miembro del dominio Archaea , y es la especie de arquea productora de metano más abundante en la microbiota gastrointestinal humana. ^{[ 75 ]}

La microbiota intestinal también sirve como fuente de vitaminas K y B12 _, que el cuerpo no produce o produce en poca cantidad. ^{[ 76 ] [ 77 ]}

La microbiota intestinal contribuye a la digestión y la modulación inmunitaria, ya que desempeña un papel en el eje intestino-cerebro, donde los metabolitos microbianos, como los ácidos grasos de cadena corta y los neurotransmisores, influyen en la función cerebral y el comportamiento. El eje intestino-cerebro es la señalización bioquímica que tiene lugar entre el tracto gastrointestinal y el sistema nervioso central . ^{[ 62 ]} Este término se ha ampliado para incluir el papel de la flora intestinal en la interacción; el término "eje microbioma-cerebro" se utiliza a veces para describir paradigmas que incluyen explícitamente la flora intestinal. ^{[ 62 ] [ 108 ] [ 109 ]} En términos generales, el eje intestino-cerebro incluye el sistema nervioso central, los sistemas neuroendocrino y neuroinmune , incluido el eje hipotalámico-hipofisario-suprarrenal (eje HPA), las ramas simpática y parasimpática del sistema nervioso autónomo, incluido el sistema nervioso entérico , el nervio vago y la microbiota intestinal . ^{[ 62 ] [ 109 ]}

Una revisión sistemática de 2016 de estudios preclínicos y pequeños ensayos en humanos realizados con ciertas cepas de bacterias probióticas disponibles comercialmente encontró que los géneros Bifidobacterium y Lactobacillus ( B. longum , B. breve , B. infantis , L. helveticus , L. rhamnosus , L. plantarum y L. casei ) eran de interés para ciertos trastornos del sistema nervioso central . ^{[ 17 ]}

Alterar la cantidad de bacterias intestinales, por ejemplo, mediante el uso de antibióticos de amplio espectro , puede afectar la salud del huésped y su capacidad para digerir los alimentos. ^{[ 110 ]} Los antibióticos pueden causar diarrea asociada a antibióticos al irritar directamente el intestino , cambiar los niveles de microbiota o permitir el crecimiento de bacterias patógenas . ^{[ 8 ]} Otro efecto nocivo de los antibióticos es el aumento de bacterias resistentes a los antibióticos que se encuentran después de su uso, las cuales, al invadir al huésped, causan enfermedades difíciles de tratar con antibióticos. ^{[ 110 ]}

Alterar la cantidad y las especies de la microbiota intestinal puede reducir la capacidad del cuerpo para fermentar carbohidratos y metabolizar ácidos biliares , y puede causar diarrea . Los carbohidratos que no se descomponen pueden absorber demasiada agua y provocar heces blandas, o la falta de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) producidos por la microbiota intestinal podría causar diarrea. ^{[ 8 ]}

Una reducción en los niveles de especies bacterianas nativas también altera su capacidad para inhibir el crecimiento de especies dañinas como C. difficile y Salmonella Kedougou, y estas especies pueden descontrolarse, aunque su sobrecrecimiento puede ser incidental y no ser la verdadera causa de la diarrea. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 110 ]} Los protocolos de tratamiento emergentes para las infecciones por C. difficile implican el trasplante de microbiota fecal de heces de donantes (véase Trasplante fecal ). ^{[ 111 ]} Los informes iniciales del tratamiento describen tasas de éxito del 90%, con pocos efectos secundarios. Se especula que la eficacia resulta de la restauración del equilibrio bacteriano de las clases de bacterias bacteroides y firmicutes. ^{[ 112 ]}

La composición del microbioma intestinal también cambia en enfermedades graves, debido no solo al uso de antibióticos, sino también a factores como la isquemia intestinal, la falta de alimentación y la inmunosupresión . Los efectos negativos de esto han generado interés en la descontaminación selectiva del tracto digestivo , un tratamiento que elimina únicamente las bacterias patógenas y permite el restablecimiento de las saludables. ^{[ 113 ]}

Los antibióticos alteran la población de la microbiota en el tracto gastrointestinal , y esto puede cambiar las interacciones metabólicas intracomunitarias, modificar la ingesta calórica mediante el uso de carbohidratos y afectar globalmente la homeostasis metabólica, hormonal e inmunológica del huésped. ^{[ 114 ]}

Existe evidencia razonable de que tomar probióticos que contienen especies de Lactobacillus puede ayudar a prevenir la diarrea asociada a antibióticos y que tomar probióticos con Saccharomyces (por ejemplo, Saccharomyces boulardii ) puede ayudar a prevenir la infección por Clostridioides difficile después del tratamiento con antibióticos sistémicos. ^{[ 115 ]}

La microbiota intestinal de la mujer cambia a medida que avanza el embarazo , con cambios similares a los observados en síndromes metabólicos como la diabetes. Este cambio en la microbiota intestinal no causa efectos adversos. La microbiota intestinal del recién nacido se asemeja a la de la madre durante el primer trimestre. La diversidad del microbioma disminuye del primer al tercer trimestre, a medida que aumenta el número de ciertas especies. ^{[ 116 ] [ 117 ]}

Los probióticos contienen microorganismos vivos . Se cree que, al consumirlos, aportan beneficios para la salud al alterar la composición del microbioma. ^{[ 118 ] [ 119 ] [ 120 ]} La investigación actual explora el uso de probióticos como una forma de restaurar el equilibrio microbiano del intestino mediante la estimulación del sistema inmunitario y la inhibición de las citoquinas proinflamatorias . ^{[ 118 ]}

Con respecto a la microbiota intestinal, los prebióticos suelen ser compuestos de fibra no digeribles que pasan sin digerir por la parte superior del tracto gastrointestinal y estimulan el crecimiento o la actividad de la flora intestinal beneficiosa al actuar como sustrato para ella. ^{[ 40 ] [ 121 ]}

Los simbióticos se refieren a ingredientes alimentarios o suplementos dietéticos que combinan probióticos y prebióticos en forma de sinergia . ^{[ 122 ]}

El término "farmabióticos" se utiliza de diversas maneras para referirse a: formulaciones farmacéuticas (fabricación estandarizada que puede obtener la aprobación regulatoria como medicamento) de probióticos, prebióticos o simbióticos ; ^{[ 123 ]} probióticos que han sido modificados genéticamente u optimizados de otro modo para un mejor rendimiento (vida útil, supervivencia en el tracto digestivo, etc.); ^{[ 124 ]} y los productos naturales del metabolismo de la flora intestinal (vitaminas, etc.). ^{[ 125 ]}

Existe cierta evidencia de que el tratamiento con algunas cepas probióticas de bacterias puede ser eficaz en el tratamiento del síndrome del intestino irritable , la enfermedad inflamatoria intestinal y la distensión abdominal . ^{[ 126 ] [ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]} Entre los organismos con mayor probabilidad de producir una disminución de los síntomas se incluyen:

• Bifidobacterium breve
• Bifidobacterium infantis
• Enterococcus faecium
• Lactobacillus plantarum
• Lactobacillus reuteri
• Lactobacillus rhamnosus
• Lactobacillus salivarius
• Propionibacterium freudenreichii
• Saccharomyces boulardii
• Escherichia coli Nissle 1917
• Streptococcus thermophilus

Se realizaron pruebas para determinar si los fármacos no antibióticos pueden afectar a las bacterias asociadas al intestino humano mediante análisis in vitro de más de 1000 fármacos comercializados frente a 40 cepas bacterianas intestinales, demostrando que el 24 % de los fármacos inhibieron el crecimiento de al menos una de las cepas bacterianas. ^{[ 130 ]}

La infección por Helicobacter pylori puede iniciar la formación de úlceras estomacales cuando la bacteria penetra el revestimiento epitelial del estómago, provocando una respuesta fagocítica inflamatoria . ^{[ 131 ]} A su vez, la inflamación daña las células parietales, que liberan un exceso de ácido clorhídrico en el estómago y producen menos moco protector. ^{[ 132 ]} La lesión del revestimiento estomacal, que conduce a úlceras , se desarrolla cuando el ácido gástrico supera las propiedades defensivas de las células e inhibe la síntesis endógena de prostaglandinas , reduce la secreción de moco y bicarbonato, disminuye el flujo sanguíneo de la mucosa y reduce la resistencia a la lesión. ^{[ 132 ]} La reducción de las propiedades protectoras del revestimiento estomacal aumenta la vulnerabilidad a una mayor lesión y a la formación de úlceras por el ácido estomacal, la pepsina y las sales biliares. ^{[ 131 ] [ 132 ]}

Normalmente, las bacterias comensales pueden dañar al huésped si se extruyen del tracto intestinal. ^{[ 13 ] [ 14 ]} La translocación , que ocurre cuando las bacterias abandonan el intestino a través de su revestimiento mucoso , puede ocurrir en diversas enfermedades. ^{[ 14 ]} Si el intestino se perfora, las bacterias invaden el intersticio , causando una infección potencialmente mortal . ^{[ 5 ] : 715}

Los dos tipos principales de enfermedades inflamatorias intestinales , la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa , son trastornos inflamatorios crónicos del intestino; se desconocen las causas de estas enfermedades y se han implicado problemas con la flora intestinal y su relación con el huésped en estas afecciones. ^{[ 16 ] [ 133 ] [ 134 ] [ 135 ]} Además, parece que las interacciones de la flora intestinal con el eje intestino-cerebro tienen un papel en la EII, con el estrés fisiológico mediado a través del eje hipotalámico-hipofisario-suprarrenal impulsando cambios en el epitelio intestinal y la flora intestinal liberando a su vez factores y metabolitos que desencadenan la señalización en el sistema nervioso entérico y el nervio vago . ^{[ 4 ]}

La diversidad de la flora intestinal parece estar significativamente disminuida en personas con enfermedades inflamatorias intestinales en comparación con personas sanas; además, en personas con colitis ulcerosa, las Proteobacterias y las Actinobacterias parecen predominar; en personas con enfermedad de Crohn, Enterococcus faecium y varias Proteobacterias parecen estar sobrerrepresentadas. ^{[ 4 ]}

Existe evidencia razonable de que corregir los desequilibrios de la flora intestinal mediante la ingesta de probióticos con Lactobacilos y Bifidobacterias puede reducir el dolor visceral y la inflamación intestinal en la EII. ^{[ 115 ]}

El síndrome del intestino irritable es consecuencia del estrés y la activación crónica del eje HPA; sus síntomas incluyen dolor abdominal, cambios en las deposiciones y un aumento de las citocinas proinflamatorias. En general, los estudios han demostrado que la microbiota luminal y de la mucosa se modifica en personas con síndrome del intestino irritable, y estos cambios pueden estar relacionados con el tipo de irritación, como diarrea o estreñimiento . Además, se observa una disminución de la diversidad del microbioma, con bajos niveles de Lactobacilos y Bifidobacterias fecales, altos niveles de bacterias anaerobias facultativas como Escherichia coli y un aumento de la proporción Firmicutes: Bacteroidetes. ^{[ 109 ]}

Con respecto al asma, se han planteado dos hipótesis para explicar su creciente prevalencia en el mundo desarrollado. La hipótesis de la higiene postula que los niños en el mundo desarrollado no están expuestos a suficientes microbios y, por lo tanto, pueden contener una menor prevalencia de taxones bacterianos específicos que desempeñan funciones protectoras. ^{[ 136 ]} La segunda hipótesis se centra en la dieta de patrón occidental , que carece de cereales integrales y fibra y tiene una sobreabundancia de azúcares simples . ^{[ 16 ]} Ambas hipótesis convergen en el papel de los ácidos grasos de cadena corta (AGCC) en la inmunomodulación . Estos metabolitos de fermentación bacteriana están involucrados en la señalización inmune que previene el desencadenamiento del asma y los niveles más bajos de AGCC están asociados con la enfermedad. ^{[ 136 ] [ 137 ]} La falta de géneros protectores como Lachnospira , Veillonella , Rothia y Faecalibacterium se ha relacionado con niveles reducidos de AGCC. ^{[ 136 ]} Además, los AGCC son el producto de la fermentación bacteriana de la fibra, que es baja en la dieta de patrón occidental. ^{[ 16 ] [ 137 ]} Los AGCC ofrecen un vínculo entre la flora intestinal y los trastornos inmunitarios, y a partir de 2016, esta era un área activa de investigación. ^{[ 16 ]} También se han planteado hipótesis similares para el aumento de las alergias alimentarias y de otro tipo. ^{[ 138 ]}

La conexión entre la microbiota intestinal y la diabetes mellitus tipo  1 también se ha vinculado a los AGCC, como el butirato y el acetato. Las dietas que producen butirato y acetato a partir de la fermentación bacteriana muestran una mayor expresión de T _reg . ^{[ 139 ]} Las células T _reg regulan negativamente las células T efectoras , lo que a su vez reduce la respuesta inflamatoria en el intestino. ^{[ 140 ]} El butirato es una fuente de energía para las células del colon. Por lo tanto, las dietas que producen butirato disminuyen la permeabilidad intestinal al proporcionar suficiente energía para la formación de uniones estrechas . ^{[ 141 ]} Además, también se ha demostrado que el butirato disminuye la resistencia a la insulina, lo que sugiere que las comunidades intestinales bajas en microbios productores de butirato pueden aumentar las probabilidades de adquirir diabetes mellitus tipo  2. ^{[ 142 ]} Las dietas que producen butirato también pueden tener potenciales efectos de supresión del cáncer colorrectal . ^{[ 141 ]}

La microbiota intestinal es muy importante para la salud del huésped porque desempeña un papel en la degradación de polisacáridos no digeribles (fermentación de almidón resistente, oligosacáridos, inulina), fortaleciendo la integridad intestinal o dando forma al epitelio intestinal, obteniendo energía, protegiendo contra patógenos y regulando la inmunidad del huésped. ^{[ 143 ] [ 144 ]}

Varios estudios mostraron que la composición bacteriana intestinal en pacientes diabéticos se alteró con niveles aumentados de Lactobacillus gasseri , Streptococcus mutans y miembros de Clostridiales, con disminución de bacterias productoras de butirato como Roseburia intestinalis y Faecalibacterium prausnitzii. ^{[ 145 ] [ 146 ]} Esta alteración se debe a muchos factores como el abuso de antibióticos, la dieta y la edad .

La disminución en la producción de butirato se asocia con defectos en la permeabilidad intestinal, lo que podría conducir a endotoxemia , que es el aumento del nivel de lipopolisacáridos circulantes provenientes de la pared celular de bacterias gramnegativas. Se ha observado que la endotoxemia se asocia con el desarrollo de resistencia a la insulina. ^{[ 145 ]}

Además, la producción de butirato afecta el nivel de serotonina. ^{[ 145 ]} El nivel elevado de serotonina contribuye a la obesidad, que se sabe que es un factor de riesgo para el desarrollo de la diabetes.

La composición microbiana del intestino humano está modulada por los ácidos biliares de la dieta. ^{[ 147 ] [ 148 ]} Parece existir un vínculo metabólico entre los microbios intestinales asociados al cáncer y una dieta rica en grasas y carne. ^{[ 149 ]} En roedores, los niveles elevados de ácidos biliares producidos por la microbiota intestinal en respuesta a una dieta alta en grasas se asocian con un mayor riesgo de cáncer colorrectal. ^{[ 148 ]} El ácido biliar secundario ácido desoxicólico , producido a partir del ácido biliar primario ácido cólico por la microbiota intestinal, se encuentra elevado en el contenido colónico de los humanos en respuesta a una dieta alta en grasas. ^{[ 147 ] [ 148 ]} En poblaciones con una alta incidencia de cáncer colorrectal, las concentraciones fecales de ácidos biliares, en particular el ácido desoxicólico producido por la acción de la microbiota intestinal, son más elevadas. ^{[ 147 ] [ 148 ]}

La colonización de la microbiota intestinal humana puede comenzar incluso antes del nacimiento. ^{[ 150 ]} Existen múltiples factores ambientales que afectan el desarrollo de la microbiota, siendo el modo de parto uno de los más influyentes. ^{[ 151 ]}

Otro factor que se ha observado que causa grandes cambios en la microbiota intestinal, particularmente en niños, es el uso de antibióticos, asociado con problemas de salud como un IMC más alto, ^{[ 152 ] [ 153 ]} y además un mayor riesgo de enfermedades metabólicas como la obesidad. ^{[ 154 ]} En lactantes se observó que la amoxicilina y los macrólidos causan cambios significativos en la microbiota intestinal caracterizados por un cambio en las clases bacterianas Bifidobacteria, Enterobacteria y Clostridia. ^{[ 155 ]} Un solo ciclo de antibióticos en adultos causa cambios tanto en la microbiota bacteriana como en la fúngica, con cambios aún más persistentes en las comunidades fúngicas. ^{[ 156 ]} Las bacterias y los hongos viven juntos en el intestino y es muy probable que haya una competencia por las fuentes de nutrientes presentes. ^{[ 157 ] [ 158 ]} Seelbinder et al . Se descubrió que las bacterias comensales en el intestino regulan el crecimiento y la patogenicidad de Candida albicans mediante sus metabolitos, en particular el propionato, el ácido acético y el 5-dodecenoato. ^{[ 156 ]} Candida se ha asociado previamente con la EII ^{[ 159 ]} y además se ha observado que aumenta en pacientes que no responden a un fármaco biológico, infliximab, administrado a pacientes con EII grave. ^{[ 160 ]} El propionato y el ácido acético son ácidos grasos de cadena corta (AGCC) que se ha observado que son beneficiosos para la salud de la microbiota intestinal. ^{[ 161 ] [ 162 ] [ 163 ]} Cuando los antibióticos afectan el crecimiento de las bacterias en el intestino, puede haber un crecimiento excesivo de ciertos hongos, que pueden ser patógenos si no se regulan. ^{[ 156 ]}

El microbioma intestinal regula la función de la barrera hematoencefálica (BHE) a lo largo de la vida, al menos parcialmente debido a los metabolitos microbianos. ^{[ 164 ]} La BHE es una membrana selectivamente permeable que regula estrictamente la transferencia de sustancias entre la circulación y el parénquima cerebral. ^{[ 165 ]} Durante el desarrollo, los ratones libres de gérmenes exhiben una mayor permeabilidad de la BHE desde las etapas embrionarias hasta la edad adulta con proteínas de unión estrecha reducidas, mientras que la colonización con microbiota madura restaura la función de barrera a través de AGCC como el butirato . ^{[ 166 ]} Este impacto del desarrollo persiste, ya que los ratones con microbiota intestinal asociada con el nacimiento prematuro muestran hiperpermeabilidad de la BHE en la vida temprana y déficits cognitivos, mientras que aquellos con microbiota asociada con el nacimiento a término mantienen una BHE intacta. ^{[ 167 ]} Durante el envejecimiento, la composición alterada de la microbiota con una mayor proporción de Firmicutes / Bacteroidetes se correlaciona con una función comprometida de la BHE, una actividad reducida de la glicoproteína P y deterioro cognitivo. ^{[ 168 ]} Estos efectos pueden estar mediados por metabolitos microbianos, incluidos los AGCC que mejoran la integridad de la barrera y las metilaminas , donde el N -óxido de trimetilamina protege la función de la BBB mientras que su precursor, la trimetilamina, la interrumpe. ^{[ 169 ] [ 170 ] [ 171 ] [ 172 ]}

La flora intestinal se ha relacionado con la obesidad y el síndrome metabólico debido a su papel clave en el proceso digestivo; la dieta occidental parece impulsar y mantener cambios en la flora intestinal que, a su vez, modifican la cantidad de energía que se obtiene de los alimentos y cómo se utiliza esa energía. ^{[ 135 ] [ 173 ]} Un aspecto de una dieta saludable que suele faltar en la dieta occidental es la fibra y otros carbohidratos complejos que una flora intestinal saludable requiere para prosperar; los cambios en la flora intestinal en respuesta a una dieta occidental parecen aumentar la cantidad de energía generada por la flora intestinal, lo que puede contribuir a la obesidad y al síndrome metabólico. ^{[ 115 ]} También hay evidencia de que la microbiota influye en los comportamientos alimentarios según sus preferencias, lo que puede llevar al huésped a consumir más alimentos, lo que eventualmente resulta en obesidad. En general, se ha observado que con una mayor diversidad del microbioma intestinal, la microbiota gastará energía y recursos en competir con otras microbiotas y menos en manipular al huésped. Lo contrario se observa con una menor diversidad del microbioma intestinal, y estas microbiotas pueden trabajar juntas para crear antojos de alimentos en el huésped. ^{[ 58 ]}

Además, el hígado desempeña un papel fundamental en la homeostasis de la glucosa en sangre al mantener un equilibrio entre la captación y el almacenamiento de glucosa a través de las vías metabólicas de la glucogénesis y la gluconeogénesis . Los lípidos intestinales regulan la homeostasis de la glucosa mediante un eje intestino-cerebro-hígado. La administración directa de lípidos en el intestino superior aumenta los niveles de acil-coenzima A de ácidos grasos de cadena larga (LCFA-CoA) en esta zona y suprime la producción de glucosa incluso tras una vagotomía subdiafragmática o una desaferentación vagal intestinal . Esto interrumpe la conexión neuronal entre el cerebro y el intestino y bloquea la capacidad de los lípidos intestinales superiores para inhibir la producción de glucosa. El eje intestino-cerebro-hígado y la composición de la microbiota intestinal pueden regular la homeostasis de la glucosa en el hígado y ofrecer posibles métodos terapéuticos para tratar la obesidad y la diabetes. ^{[ 174 ]}

Así como la flora intestinal puede funcionar en un ciclo de retroalimentación que puede impulsar el desarrollo de la obesidad, hay evidencia de que restringir la ingesta de calorías (es decir, hacer dieta ) puede provocar cambios en la composición de la flora intestinal. ^{[ 135 ]}