Microorganismos que alteran la mente: el impacto de la microbiota intestinal en el cerebro y el comportamiento

Un creciente número de investigaciones se han publicado, desde hace más de una década, en torno al tema de la microbiota intestinal, un ecosistema microbiano, que literalmente habita en el sistema digestivo humano.

La difusión masiva de información relacionada con este tema ha despertado el interés del público, en general. Por lo tanto, la idea de que las bacterias que habitan en el intestino influyen en la salud de las personas no es una novedad. Cada vez más personas saben que estos microbios influyen en los procesos digestivos e inflamatorios, en la obesidad, las alergias, y el metabolismo. Sin embargo, lo que no muchos conocen es que estos microorganismos también se comunican con el sistema nervioso central y, por lo tanto, pueden impactar las funciones del cerebro y regular el comportamiento humano.

Estudios realizados en animales de experimentación han revelado que la microbiota intestinal desempeña un papel importante en la regulación de la ansiedad, el estado de ánimo, el dolor y las funciones cognitivas. Por lo tanto, el concepto emergente del eje microbiota-intestino-cerebro sugiere que la modulación de las bacterias intestinales podría ser una estrategia novedosa en el manejo de algunos trastornos del sistema nervioso central.

Es importante resaltar que muchos artículos científicos utilizan el término microbioma para referirse al genoma colectivo de los microorganismos, que residen en un determinado nicho como, por ejemplo, el intestino, mientras que el concepto de microbiota hace alusión a las bacterias propiamente dichas. Sin embargo, de acuerdo con las definiciones originales ambos términos se consideran prácticamente sinónimos.

Aun cuando los microorganismos que integran la microbiota en los humanos se encuentran en todas las zonas del cuerpo expuestas al medioambiente como la piel, los ojos, la boca, las fosas nasales, la gran mayoría de las bacterias habitan en el intestino grueso, donde se estima que viven entre 500 y 1.000 especies.

El cuerpo humano contiene 10 veces más células microbianas que humanas.

Sin embargo, la microbiota humana solamente representa de entre 1 a 3% de la masa corporal total y, en algunos casos, podría alcanzar un peso de hasta 1.400 gramos. Esto se debe a que las células bacterianas son mucho más pequeñas que las humanas. Por otra parte, el número total de genes asociados al microbioma excede al número total de genes humanos en una relación 100 a 1.

La microbiota esta compuesta por microorganismos que coexisten en armonía y simbiosis con sus anfitriones humanos, gracias a un proceso de integración que se ha consolidado a lo largo de la evolución.

Los microorganismos que integran la microbiota intestinal desempeñan una serie de funciones útiles para el huésped como la producción de vitaminas (biotina y vitamina K) y la prevención del crecimiento de bacterias patógenas.

Además, las bacterias intestinales beneficiosas digieren tanto la fibra insoluble como el almidón resistente, que pasan intactos al colón y forman varios compuestos que incluyen gases y ácidos grasos de cadena corta como el butirato que, a su vez, alimentan a las células del colon.

Estudios realizados en modelos de ratas que presentaban colitis ulcerativa han demostrado que los ácidos grasos de cadena corta como el butirato juegan un papel importante en el mantenimiento de la integridad de la barrera intestinal.

Por otra parte, los desequilibrios severos de la composición de la microbiota intestinal y de la colección de genes que la integran (microbioma) están asociados a la obesidad.

El azúcar y las grasas afectan la microbiota y las funciones cognitivas

Un estudio reciente realizado por un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Oregón, EE.UU., reveló que las dietas con alto contenido de azúcar y de grasas provocan cambios en las bacterias intestinales, los cuales se asocian, en gran medida, a un deterioro significativo de la “flexibilidad cognitiva”, que se podría definir como la capacidad de adaptarse y ajustarse a situaciones cambiantes.

Igualmente, los autores encontraron que las dietas ricas en azúcar se asociaban a un deterioro de la memoria a corto y largo plazo.

Estos resultados son consistentes con los hallazgos de otros estudios sobre el impacto que tienen las dietas con alto contenido de grasas y azúcar en la función cognitiva y el comportamiento y sugieren que algunos de estos problemas de aprendizaje y memoria podrían estar relacionados con los cambios que este tipo de alimentación produce en la microbiota intestinal.

El estudio que nos ocupa será publicado en la edición impresa de la revista Neuroscience, el 6 de agosto de 2015.

La investigación se realizó con ratones macho de 2 meses de edad. A un grupo de roedores le asignaron, al azar, una dieta alta en grasas (42% de grasa, 43% de hidratos de carbono), a otro una dieta alta en azúcar (12% de grasa, 70 % de hidratos de carbono, principalmente azúcares) y al grupo control le ofrecieron una comida normal y balanceada.

Los ratones han demostrado ser un buen modelo de investigación para estudiar tópicos pertinentes a los seres humanos como el envejecimiento, la memoria espacial, la obesidad y otros problemas.

Antes de la intervención dietética y 2 semanas después, los investigadores analizaron las heces de los ratones con el fin de establecer la composición de sus bacterias intestinales.

La memoria a corto y largo plazo y la flexibilidad cognitiva de los ratones fueron evaluadas antes y después de la intervención dietética, a través de la prueba del laberinto en agua, para monitorear los cambios en su función mental y física. Igualmente, estudiaron la respuesta de los roedores ante los objetos nuevos y en las tareas de localización. Además, analizaron el impacto de las dietas en los diversos tipos de bacterias intestinales.

Los ratones que consumieron dietas con alto contenido de grasa o de azúcar experimentaron, al cabo de cuatro semanas, una reducción del desempeño de varias pruebas que medían las funciones físicas y cognitivas, en comparación con los roedores que consumieron una dieta normal. Uno de los cambios más significativos fue el deterioro de la flexibilidad cognitiva, que es la capacidad de buscar una solución alternativa, cuando no se puede hacer algo a lo que se está acostumbrado.

Los autores explicaron, a través de un ejemplo muy ilustrativo, el significado del concepto de flexibilidad cognitiva: “Piense que esta conduciendo en una ruta que le es muy familiar, algo que usted está acostumbrado a hacer. Entonces, un día la calle está cerrada y usted debe encontrar una vía nueva para llegar a su casa”.

“Una persona con altos niveles de flexibilidad cognitiva podría adaptarse de inmediato al cambio y buscaría una alternativa. Podría escoger, sin mayores problemas, la mejor vía alterna posible para llegar a su destino y recordaría usar la misma ruta a la mañana siguiente. Si la flexibilidad cognitiva esta deteriorada, la situación podría transformarse en un largo, lento y estresante regreso a casa”, señalan los autores.

El equipo de investigadores considera que la reducción de las capacidades cognitivas que se observó en el grupo de ratones que consumieron dietas ricas en grasa o azúcar fue una consecuencia de las alteraciones en la composición de las bacterias intestinales.

Ambas dietas se vincularon al aumento de un tipo de bacterias conocidas como Clostridiales y una reducción de las bacterias llamadas Bacteroidales. Estos cambios de la composición de la microbiota se asociaron significativamente a la reducción de la flexibilidad cognitiva.

Los ratones alimentados con la dieta de alto contenido de azúcar experimentaron los mayores crecimientos de bacterias Clostridiales y las reducciones más acentuadas de las Bacteroidales. Estos hallazgos se  asociaron a un mayor declive de la flexibilidad cognitiva.

Los autores señalan que “las bacterias pueden liberar compuestos que actúan como neurotransmisores, estimulan los nervios sensoriales, el sistema inmunológico y afectan a una amplia gama de funciones biológicas. No estamos seguros exactamente que mensajes se están enviando, pero estamos rastreando las vías y los efectos”.

Un ejemplo de cómo las bacterias intestinales pueden interactuar con el cerebro lo reveló un estudio publicado en la revista Cell, en abril de 2015. Los investigadores, del Instituto de Tecnología de California (Caltech) en Pasadena, EE.UU., encontraron que ciertas bacterias intestinales influyen en la producción de serotonina, un neurotransmisor responsable de mantener el equilibrio del estado de ánimo.

La serotonina es probablemente mejor conocida como una sustancia química, que afecta las emociones y la conducta y cuyo desequilibrio contribuye con el desarrollo de la depresión. Sin embargo, es menos conocido el hecho de que el 90% de la serotonina periférica se produce en el intestino.

El objetivo de este estudio fue investigar cómo las bacterias intestinales y el sistema nervioso se comunican entre sí.

El eje microbiota-intestino-cerebro es una red de comunicación bidireccional entre el sistema nervioso central y el tracto gastrointestinal. La serotonina funciona como un neurotransmisor clave en ambos terminales de esta red. Las evidencias señalan el papel crítico que desempeña la microbiota intestinal en la regulación del funcionamiento normal de este eje.

Los hallazgos de este estudio sugieren que una gran cantidad de la serotonina que se encuentra en el cuerpo es producto de la interacción entre ciertas bacterias intestinales y las células del huésped.

Actualmente, existe un cúmulo de evidencias que respaldan la interacción huésped-microbiota en prácticamente todos los niveles de complejidad, que van desde la comunicación directa entre las células humanas y las bacterias hasta mecanismos de señalización a distancia que involucran otros órganos y el sistema nervioso central.

Por lo tanto, el concepto emergente del eje microbiota-intestino-cerebro sugiere que la modulación de las bacterias intestinales mediante intervenciones como el consumo de dietas saludables, que contengan muy bajo contenido de grasas perjudiciales, de carbohidratos refinados y, sobre todo, de azúcar añadida, podrían influir positivamente en las funciones cognitivas y la memoria.

Por otra parte, estudios previos sugieren que la ingesta de alimentos con propiedades de prebióticos y probióticos inducen cambios favorables en la composición de la microbiota intestinal y podrían incluirse como parte de una estrategia novedosa en el manejo de algunos trastornos relacionados con el estrés como la depresión, la ansiedad, el síndrome del intestino irritable y los trastornos del neurodesarrollo como el autismo.

Cultivar una microbiota intestinal saludable podría contribuir con una buena salud mental.

Dra. Berdjouhi Tsouroukdissian