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En el ser humano viven diversidad de microorganismos que hacen parte del funcionamiento adecuado de los sistemas del mismo. Tanto como existen aquellos que resultan dañinos y que se busca eliminar con tratamientos y medicamentos, existen algunos necesarios para la salud. Las diferentes microbiotas humanas hacen parte de ello, ya que como flora intestinal, se dedican a que nuestro sistema digestivo funcione adecuadamente en todo momento.
Cambios taxonómicos en función de la edad y la población
La variación genética entre las poblaciones humanas se basa en las diferencias en las frecuencias alélicas de los genes compartidos de Homo Sapiens. Otra fuente de diversidad genética y metabólica reside en las diferencias en la representación de los millones de genes, además de innumerables funciones de los genes dentro de las comunidades microbianas intestinales.
La toma de muestras en una amplia población de humanos sanos que representan diferentes edades y tradiciones culturales ofrece la oportunidad de descubrir cómo evolucionan los microbiomas en el transcurso de una vida. Además de cómo varían de una población a otra y cómo responden a los estilos de vida cambiantes.
Un estudio reciente se realizó a partir de muestras fecales de individuos de familias de amerindios de Guahibo que residían en dos aldeas (Platanillal y Coromoto). Estas están separadas por 16 Km y ubicadas cerca de Puerto Ayacucho, en el estado de Amazonas de Venezuela. También, se obtuvieron muestras fecales de miembros de familias que viven en cuatro comunidades rurales de Malawi; ubicadas entre 16 y 100 Km una de la otra (Chamba, Makwhira, Mayaka y Mbiza).
Los estilos de vida en estas aldeas son muy similares y la dieta está dominada por el maíz. Además, se tomaron muestras de familias distribuidas en los Estados Unidos, incluidas las áreas metropolitanas más grandes de St. Louis, Filadelfia y Boulder. Las poblaciones muestreadas incluyeron padres y hermanos y, en los Estados Unidos y Malawi, pares de gemelos monocigóticos y dicigóticos.
La evolución de la microbiota
Los resultados del estudio revelaron que la composición filogenética de las comunidades bacterianas evoluciona hacia una configuración similar a la de un adulto. Esto dentro del período de tres años después del nacimiento en las tres poblaciones. En segundo lugar, la variación interpersonal fue significativamente mayor entre los niños que entre los adultos.
En tercer lugar, existen diferencias significativas en la composición filogenética de la microbiota fecal entre individuos que viven en los diferentes países. Esto con una separación especialmente pronunciada entre los ciudadanos estadounidenses y las comunidades intestinales de los habitantes de Malawi y amerindios. Una observación que fue cierta para individuos de 0 a 3 años, de 3 a 17 años y para adultos.
La agrupación no supervisada utilizando el análisis de coordenadas principales (PCoA) de las matrices de distancia filogenética indicó que la edad y las tradiciones geográficas / culturales explicaron, principalmente, la variación en dicho conjunto de datos, en el que la microbiota estadounidense se agrupó por separado de la microbiota no estadounidense.
Sin embargo, dentro de las poblaciones no estadounidenses, también se observó una separación entre los malawianos y los amerindios. No existió ningún agrupamiento significativo por aldea para los malawianos y los amerindios, o por región dentro de los Estados Unidos. En cuarto lugar, la diversidad bacteriana aumentó con la edad en las tres poblaciones.
La microbiota fecal de los adultos de EE. UU. fue la menos diversa en comparación con las otras dos poblaciones: Estas diferencias fueron evidentes en niños mayores de 3 años de edad, pero no en sujetos más jóvenes. Los autores estudiaron también los taxones bacterianos que cambian con el aumento de la edad dentro y entre las tres poblaciones muestreadas.
La composición en función de la población
Las especies bacterianas que diferencian la composición de la comunidad fecal en niños y adultos dentro y entre las tres poblaciones comprenden a bifidobacterias. Para los adultos, se detectaron perfiles microbianos distintos entre individuos occidentales (EE. UU.) y no occidentales. De las 92 unidades taxonómicas operacionales (OTUs) altamente predictivas en especie, 73 estaban sobrerepresentadas en adultos no estadounidenses, y 23 de las 73 se asignaron al género Prevotella.
Los malauíes y los amerindios también podrían distinguirse entre sí, aunque la diferencia es menos extrema que la comparación con los ciudadanos estadounidenses. Solo 28 OTU distinguieron a los bebés estadounidenses y no estadounidenses, y tres OTU asignadas al género Prevotella estaban representadas en exceso en la microbiota infantil de EE. UU., a diferencia del resultado observado en adultos. 23 OTU discriminaron los microbiomas de bebés malauíes y amerindios, 20 de los cuales estaban sobrerrepresentados en este último: La mayoría pertenecía a la familia Enterococcaceae.
Por lo tanto, un estilo de vida occidental (EE. UU.) parece afectar el componente bacteriano de la microbiota intestinal de forma sistemática, aunque esta influencia es sutil en comparación con el alto grado de variabilidad observado en bebés y niños dentro de cada población (tal vez análoga a la variabilidad genética humana, en la cual la variación entre las poblaciones es pequeña en comparación con la variación dentro de las poblaciones).
Un estudio reciente, que confirma la importancia de Prevotella como taxón discriminatorio, mostró que este género estaba presente en mayor abundancia en la microbiota fecal de los niños que viven en África Occidental (Burkina Faso), en comparación con los niños que viven en Europa (Italia). Además, un miembro de este género es una de las tres especies bacterianas que, en adultos europeos, se distingue fuertemente entre tres grupos, o enterotipos.
Cambios funcionales compartidos a lo largo del tiempo
Pocos estudios han descrito cambios en el contenido genético del microbioma intestinal en función de la edad. El estudio anterior permitió caracterizar la representación de grupos de genes funcionales en microbiomas que representan grupos de edad más amplios, varias ubicaciones geográficas y tradiciones culturales distintas. Se demostró que, al igual que los niños son significativamente más diferentes entre sí que los adultos en términos de su estructura filogenética de la comunidad bacteriana fecal, también son más diferentes en términos de sus repertorios de funciones codificadas por microbiomas.
Además, las distancias filogenéticas fueron mayores entre los ciudadanos de EE. UU. y las otras dos poblaciones en todas las edades muestreadas. Al examinar los perfiles funcionales de los 110 microbiomas fecales, los autores observaron que no se identificaron funciones exclusivas para adultos o bebés menores de 6 meses. Además, el número total de funciones encontradas en adultos no fue significativamente diferente del número total de funciones anotadas en bebés. Este hallazgo concordó con la variación geográfica.
La fracción de secuencias con anotaciones funcionales asignables disminuyó con el aumento de la edad en las tres poblaciones. Esto puede deberse a la mayor complejidad del microbioma adulto, con menos especies representativas caracterizadas por la secuenciación del genoma, la manipulación genética o la bioquímica. Un ejemplo destacado de estos cambios compartidos relacionados es el metabolismo de las vitaminas B12 (cobalamina) y el folato. En contraste con el folato, que es sintetizado por microorganismos y plantas, la cobalamina es producida, principalmente, por microorganismos.
Los microbiomas intestinales de bebés están enriquecidos con genes implicados en la biosíntesis de novo del folato, mientras que los de los adultos tienen una representación significativamente mayor de los genes que metabolizan el folato de la dieta y su forma reducida de tetrahidrofolato (THF).
La edad como factor
A diferencia de los componentes de la ruta biosintética del folato de novo, que disminuyen con la edad, la representación proporcional de los genes que codifican la mayoría de las enzimas involucradas en la biosíntesis de cobalamina aumenta con la edad. Las rutas metabólicas del folato y cobalamina están unidas funcionalmente por la metionina sintasa, que cataliza la formación de THF a partir de 5-metil-THF y L-homocisteína, que requiere cobalamina como cofactor.
La representación de esta enzima también aumenta con la edad. La baja abundancia relativa de funciones involucradas en la biosíntesis de cobalamina en los microbiomas fecales de los bebés se correlaciona con la menor representación de miembros de Bacteroidetes, Firmicutes y Archaea en su microbiota.
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