El papel de la microbiota en animales

La presencia de una población bacteriana residente masiva dentro del tracto GI de los animales se ha reconocido desde los albores de la microbiología. Hace relativamente poco tiempo que los avances en microbiología y genética microbiana llevan proporcionando una comprensión significativa de su importancia. Ahora se reconoce que las señales de la microbiota intestinal regulan diversas funciones corporales. De forma muy notable, la microbiota aumenta la producción de energía de los alimentos y proporciona micronutrientes esenciales y señales que optimizan la función inmunitaria.

Los veterinarios son conscientes desde hace mucho tiempo de la importancia de la microbiota porque trabajan con rumiantes, mamíferos que aprovechan la digestión microbiana como forma de obtener nutrientes adicionales a partir de materia vegetal que de otro modo sería indigerible. La microbiota protege contra la colonización por patógenos y el sobrecrecimiento de patobiontes endógenos. También influye en el desarrollo de la obesidad, enfermedades alérgicas, enfermedades inflamatorias y algunos tipos de enfermedades autoinmunitarias. Está cada vez más claro que la microbiota influye directamente en la tendencia del animal a desarrollar reacciones inmunitarias mediadas por células y, de esta forma, alergias.

En los animales sanos, las Proteobacterias y los Bacteroidetes gramnegativos, y los Firmicutes grampositivos, son los principales filos que habitan en el intestino delgado y grueso. Los Firmicutes incluyen Clostridios y Lactobacilos. Todos estos organismos se encuentran bien adaptados al ambiente intestinal y por lo general forman poblaciones muy estables y complejas.

La composición de la microbiota difiere entre individuos, entre familias y, más significativamente, entre carnívoros, omnívoros y herbívoros. Debido a sus interacciones complejas y a su estabilidad, puede ser muy difícil inducir cambios a largo plazo en la composición de la microbiota.

La microbiota controla los patógenos mediante interacciones directas. Liberan bacteriocinas que eliminan a los competidores, compiten por los nutrientes esenciales y alteran las condiciones necesarias para el crecimiento bacteriano. También controlan los patógenos estimulando la inmunidad del hospedador y la función de barrera de la mucosa. Tres factores (la dieta, la microbiota y el sistema inmunitario), que interactúan, afectan a la función intestinal e inmunitaria. Cada vez se reconoce más que las alteraciones en la microbiota (disbiosis) puede tener efectos adversos sobre la salud y la resistencia a las enfermedades. Esto plantea la pregunta: ¿se puede modificar la microbiota para contrarrestar la disbiosis, optimizar sus funciones y mejorar la salud animal?

La disbiosis y la inflamación intestinal están interrelacionadas. La disbiosis puede ser el resultado de una inflamación o una de sus causas. La disbiosis en los perros se refleja en una disminución de la diversidad y número de especies bacterianas productoras de ácidos grasos de cadena corta. Estos ácidos grasos protegen la mucosa y estimulan el sistema inmunitario. La disbiosis también incluye el término "síndrome de sobrecrecimiento bacteriano del intestino delgado" y los cambios inducidos por el tratamiento antibiótico oral. La disbiosis es una característica común de muchas enfermedades gastrointestinales. Si esto es así, ¿se puede manipular la microbiota para combatir infecciones microbianas, reducir alergias o estimular la inmunidad?

Poco se sabe acerca de cómo la microbiota regula la resistencia a la colonización. La alimentación de comensales que están metabólicamente relacionados con enteropatógenos puede permitirles competir frente a estos. La alimentación con prebióticos que estimulen el crecimiento de estos competidores naturales también puede ayudar. ¿Pueden estos prevenir el sobrecrecimiento de patógenos como Escherichia coli o Clostridioides difficile? ¿Se pueden inducir cambios transfiriendo la microbiota del intestino grueso usando trasplantes fecales?

La microbiota puede modificarse mediante cinco enfoques posibles:

• Cambios en la dieta.

• Administración de:

  • Prebióticos.

  • Probióticos.

  • Antibióticos.

• Trasplantes de microbiota.

Por lo tanto, la dieta de un animal puede alterarse para permitir el crecimiento de bacterias beneficiosas mediante el uso de prebióticos. Otra posibilidad es alimentar al animal con bacterias beneficiosas específicas (probióticos) en un intento por cambiar la composición de la microbiota. Finalmente, los antibióticos puede destruir algunos componentes de la microbiota. Estas intervenciones a menudo tienen un objetivo poco claro o inespecífico, por lo que es difícil determinar su eficacia.

Una forma de cambiar la microbiota es transferir el contenido intestinal de un animal con un intestino sano a un animal con disbiosis. La variabilidad de la microbiota donante y la presencia potencial de agentes patógenos es, sin embargo, motivo de preocupación. Es más deseable identificar y caracterizar las bacterias específicas que pueden limitar el crecimiento de organismos como el C difficile.

Se cree que el mecanismo por el cual actúan los trasplantes fecales es la restauración de la microbiota normal y el aumento de la diversidad microbiana. En los animales, la forma más común y establecida de este tipo de trasplante es el uso de contenido ruminal fresco para restaurar la función del rumen en animales que han sufrido una impactación ruminal u otro acontecimiento que haya destruido la microbiota de este órgano. En estos casos, no está claro si los resultados beneficiosos se deben solo a las bacterias o a muchos otros organismos, como protozoos o virus, o al aporte de ácidos biliares, vitaminas o proteínas. Los trasplantes fecales han demostrado ser exitosos en el tratamiento de infecciones producidas por C difficile en humanos.

Otra técnica ampliamente empleada consiste en administrar una mezcla de organismos que compitan con patógenos intestinales seleccionados, como Salmonella. Esto implica la administración oral de heces diluidas o mezclas bacterianas complejas que compitan con las salmonelas en aves de producción y cerdos. Las técnicas de exclusión competitiva se han utilizado en la industria avícola durante muchos años en un esfuerzo por minimizar los efectos de la infección por Salmonella enteritidis en aves. Los primeros estudios llevados a cabo demostraron que la microbiota normal de las aves adultas podía prevenir la colonización por Salmonella en los polluelos. El efecto se atribuyó a bacterias anaerobias obligadas, las cuales pueden crecer en un cultivo mixto. Por lo tanto, la resistencia natural de un animal adulto a Salmonella podría inducirse mediante la administración de microorganismos procedentes de estos animales adultos. A esta técnica se le denomina Nurmi, o técnica de exclusión competitiva. Se cree que este efecto está mediado por fenómenos de competencia por los nutrientes y por los lugares de fijación, así como por la producción de sustancias antibacterianas. Se ha visto un fenómeno similar a partir de la observación de que una serovariedad de Salmonella establecida en el intestino de un ave puede prevenir la colonización posterior por otras serovariedades de Salmonella.

Los prebióticos son compuestos no digeribles que, a través del metabolismo microbiano, modulan la composición o actividad de la microbiota intestinal. Algunos ejemplos son el almidón de trigo, la pulpa de remolacha, la inulina, distintos polisacáridos del almidón, los fructooligosacáridos y los galactooligosacáridos. El mismo principio está implicado en la alimentación con dietas ricas en fibra. Estos proporcionan volumen y, cuando son metabolizados por la microbiota colónica, generan grandes cantidades de ácidos grasos de cadena corta inmunoestimulantes. También inducen células antiinflamatorias, como los linfocitos T reguladores. Los prebióticos también sirven para proteger el epitelio intestinal e incrementar la capa de moco. Puede aumentar el número de lactobacilos y bifidobacterias en perros y gatos, al tiempo que reducen el número de patógenos potenciales como E coli y C perfringens. Se sabe que la composición nutricional de los alimentos influye en la composición de la microbiota, así como en sus productos metabólicos. Por ejemplo, alimentar a los perros con dietas ricas en carbohidratos aumenta sus niveles de amoníaco fecal.

Los probióticos son cultivos de bacterias vivas que, cuando se administran en cantidades suficientes, pueden mejorar la salud del hospedador. Los probióticos se usan ampliamente en las personas porque la justificación subyacente para su uso es clara. Se suelen considerar seguros. Se ha sugerido que reducen la permeabilidad intestinal, aumentan la producción de mucina, incrementan la producción de defensinas, generan ácidos grasos de cadena corta, estimulan la producción de IgA, alteran el pH intestinal y posiblemente incluso actúan como inmunoestimulantes. Desafortunadamente, hay muy pocos datos científicos que respalden muchas de estas afirmaciones. Muchas han sido exageradas, y las autoridades reguladoras de EE. UU. y Europa han tenido que actuar para controlar el etiquetado engañoso con respecto a propiedades saludables infundadas.

La administración de probióticos está diseñada para proporcionar un gran número de una sola bacteria o una mezcla de ellas, en previsión de que estas colonicen el intestino y mejoren o restablezcan la microbiota de alguna manera. Hay dos problemas principales en este enfoque. Primero, el probiótico debe contener suficientes bacterias vivas para causar un cambio significativo, y segundo, la duración de cualquier cambio inducido es totalmente desconocida. La microbiota intestinal suele ser muy estable y resistente a cambios importantes en su composición. Incluso si esta microbiota se altera temporalmente, a menudo volverá a su estado original.

Los lactobacilos y las bifidobacterias se usan comúnmente en los probióticos comerciales y parecen reducir la susceptibilidad a la diarrea y a las infecciones del tracto respiratorio. Otros también pueden contener otros tipo de bacilos y estreptococos. Los efectos de los probióticos dependen no solo de la dosis, sino también de la cepa precisa y de la composición de la mezcla administrada. Si estos organismos van a llegar al intestino, también deben sobrevivir a la exposición de los ácidos del estómago y biliares. Aunque pueden no sobrevivir mucho tiempo, algunos consideran que la colonización transitoria puede ser beneficiosa. Se ha demostrado que varias mezclas de probióticos benefician a los ratones y a las personas, especialmente en la reducción de la diarrea de origen bacteriano.

Se han realizado varios pequeños ensayos clínicos en perros. Un ejemplo es el uso de cultivos de lactobacilos para reducir el pH intestinal y así reducir las poblaciones de coliformes. Idealmente, esto también disminuirá la inflamación y reducirá los niveles de citocinas inflamatorias. Los lactobacilos son, sin embargo, solo un pequeño componente de la microbiota canina.

Algunos probióticos pueden reducir la gravedad de las enfermedades alérgicas. Por ejemplo, es posible que algunos lactobacilos, como Lactobacillus rhamnosus, puedan alterar el equilibrio Th1/Th2 en un animal y así reducir la gravedad de la dermatitis atópica canina al reducir la producción de IgE específica.

Se han obtenido resultados alentadores en el uso de probióticos para tratar la enfermedad inflamatoria intestinal, la enteropatía con pérdida de proteínas y la diarrea crónica. En general, sin embargo, la microbiota contiene una mezcla muy compleja de bacterias inmunoestimulantes e inmunosupresoras, y aunque estas pueden estudiarse minuciosamente en ratones, es importante no extrapolar los resultados a animales de compañía y especies ganaderas. En general, la mejora de la salud animal modificando la microbiota intestinal probablemente se logre mejor mediante cambios dietéticos a largo plazo.

Enormes cantidades de antibióticos se incorporan a la alimentación del ganado, donde actúan como promotores del crecimiento. Se afirma que reducen la carga de patógenos y la enfermedad subclínica, disminuyen la producción de metabolitos reductores del crecimiento (p. ej., NH₃), la competencia por los nutrientes y la inflamación, lo que hace que haya más energía disponible. Su uso, sin embargo, es controvertido, debido a su potencial peligro de transferir resistencia a los antibióticos a los patógenos humanos.