Microorganismos con acción probiótica en alteraciones causadas por la exposición a xenobióticos obesógenos: Modulación e intervención en disbiosis de la microbiota

Resumen

La microbiota intestinal humana está compuesta por bacterias, virus, hongos, parásitos y otros microorganismos que desempeñan un papel determinante en la salud humana. La microbiota es crucial en el proceso de digestión, extrayendo los nutrientes y energía, protege contra patógenos y educa al sistema inmunológico del hospedador. Su composición puede verse alterada por distintos factores como el modo de nacimiento, edad, hábitos alimentarios, exposición a compuestos perjudiciales ambientales, uso de antibióticos, estilos de vida y actividad deportiva. Estos factores pueden provocar disbiosis microbianas, que en algunos casos resultan determinantes para el desarrollo de distintas patologías como obesidad, desnutrición, enfermedades inflamatorias del intestino, trastornos neurológicos e incluso algunos tipos de cáncer. El estudio de la relación entre la microbiota intestinal y estas patologías puede contribuir a la prevención y su tratamiento mediante la intervención sobre la composición y función de la microbiota intestinal. El sobrepeso y la obesidad infantil constituyen un problema de salud a nivel mundial, que se presenta desde edades tempranas y desencadena en comorbilidades y otras enfermedades no transmisibles a lo largo de la vida. La prevalencia de obesidad infantil es mucho más alta en países occidentales, en concreto, en España el 39% de los niños tienen sobrepeso y el 16% obesidad. Se trata de una enfermedad multifactorial donde el estilo de vida sedentario, las dietas altas en grasa y carbohidratos, y la exposición acumulada a contaminantes obesógenos tienen una gran influencia. Además, la exposición a sustancias químicas sintéticas resultados de la industrialización ha sido relacionada con el aumento de las tasas de obesidad. El bisfenol A (BPA), es uno de los disruptores endocrinos más estudiados, y su exposición en las primeras etapas de la vida puede tener importantes repercusiones en el desarrollo de enfermedades crónicas a lo largo de la vida. La microbiota intestinal puede desempeñar un papel importante en la respuesta a la exposición a BPA, y su estudio nos ayuda a comprender la relación causaefecto entre la microbiota intestinal y las enfermedades desencadenadas por el DE. En esta tesis doctoral el objetivo principal es determinar el efecto obesogénico del BPA en niños a través de su impacto en la microbiota intestinal, así como la identificación de taxones microbianos con propiedades beneficiosas para la modulación de disbiosis provocadas por DE. La investigación realizada ha permitido evaluar por primera vez los cambios en el proceso de maduración de la microbiota intestinal tras la exposición perinatal a BPA y la posible asociación con obesidad y neurodesarrollo. Se ha realizado un ensayo de exposición perinatal a BPA en modelos murinos, donde se determina la composición microbiana de las madres durante el embarazo, el posible efecto sinérgico de una dieta alta en grasa en la evolución microbiana de la descendencia, desarrollo de la obesidad y cambios en el neurodesarrollo. Se ha determinado la influencia conjunta que presenta la exposición a BPA y una dieta alta en grasa en cambios composicionales de la microbiota mediante la secuenciación de amplicones de genes de ARN ribosómico 16S, consiguiendo determinar que en la descendencia ambas variables tienen un impacto sinérgico tras el destete, pero con el tiempo, aunque ambas variables tienen un impacto significativo dejan de ser sinérgicas y la dieta aumenta su impacto. El proceso de maduración de la microbiota intestinal de ratones estaba alterado tras la exposición perinatal al BPA, identificado los géneros Alistipes y Turicibacter como taxones signature presentes en grupos con exposición a BPA y BPA más dieta alta en grasa, respectivamente. Además, los géneros Alistipes y Anaerostipes, sobrerrepresentados en los grupos expuestos perinatalmente a BPA, correlacionan positivamente con el porcentaje de grasa corporal. A través de una ensayo de culturómica dirigida se expusieron 106 muestras fecales de población infantil con normopeso, sobrepeso y obesidad a distintas concentraciones de BPA. De esta forma se han aislado e identificado especies de la microbiota que presentarían mayor abundancia en un entorno influenciado por este DE y se ha descrito la resistencia que podría presentar la microbiota intestinal a este compuesto. Se obtuvo un catálogo de 333 bacterias tolerantes a BPA, que era taxonómicamente diferente según la población de estudio. Además, hemos determinado la posible inferencia de los resultados del ensayo de culturómica dirigida en la dinámica composicional de la microbiota intestinal de dicha población. Se han asociado determinados géneros previamente identificados que toleraban altas concentraciones de BPA y promocionaban o empeoraban la diversidad microbiana. Clostridium y Romboutsia correlacionaron positivamente, mientras que, Intestinibacter, Escherichia-Shigella, Bifidobacterium y Lactobacillus correlacionaron negativamente con α-diversidad. El análisis de la microbiota intestinal de los grupos de estudio mediante la secuenciación del gen de ARN ribosómico 16S mostró que el grupo con normopeso presenta una red más conectada de ASVs que los grupos con sobrepeso y obesidad en un análisis de redes, conformando potencialmente una comunidad microbiológica más resistente a factores ambientales externos. Por último, hemos descrito el aislado bacteriano Bacillus sp. AM1, identificado a través del ensayo de culturómica dirigida, y mediante la secuenciación de su genoma completo pudimos identificar genes que codifican las enzimas de posibles rutas de degradación del BPA. Finalmente, junto con otra cepa del género Paeniclostridium, obtenida también del ensayo de culturómica dirigida, se caracterizaron sus propiedades anti-inflamatorias in vitro e in vivo en un modelo murino de colitis y exposición a BPA. Las bacterias Paeniclostridium sp. y Bacillus sp. AM1 fueron capaces de disminuir la secreción de los niveles de citoquinas IL-8 proinflamatorias por parte de las células HT-29 estimuladas con TNF-α en ensayos in vitro. Además, en un modelo murino de colitis y exposición a BPA, Paeniclostridium sp. y Bacillus sp. AM1 consiguieron limitar el daño tisular producido en el colon, y reducir los niveles de proteínas MCP-1 y LCN-2, cuyos niveles elevados se han asociado previamente a la presencia de altos niveles de BPA en orina en humanos.