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Ciencia
Donde viven las bacterias
El estudio del microbioma se ha disparado en la última década. Las bacterias han pasado de considerarse agentes externos patógenos a necesarias para el buen funcionamiento del cuerpo humano
Roger Corcho
- 23/12/2015
- Número 15
Muestra de las bacterias presentes en la mano de una niña de seis años. La foto ha recibido el primer premio en Fotciencia 13. Raúl Rivas González / Lorena Celador Lera
Cuando contemplamos la vida en la Tierra es fácil pensar que somos supremos”, explicaba Lynn Margulis (1938 - 2011) en Microcosmos, obra escrita junto a su hijo Dorion Sagan. El ser humano, aseguraba esta autora, ya no podía seguir entendiéndose como el punto más alto de una evolución en la que a las etapas previas no fueran más que peldaños inferiores. La bióloga optaba por entender la vida como un árbol cuyo tronco principal lo constituirían bacterias y del que brotarían, como ramas, el resto de organismos. Los microorganismos serían la vida misma y estarían ahí desde el principio. De su combinación e interrelación, simbiosis y selección natural habría emergido el resto de seres vivos. Las bacterias fueron las primeras en llegar y serán, con toda seguridad, las últimas en irse.
Las bacterias no son más que minúsculas bolsas en cuyo interior hay una intrincada maquinaria de reacciones químicas. Pero también son mucho más que eso: se pueden adaptar a cualquier hábitat, gracias a que sus cadenas de ADN son como palimpsestos, agregan nuevos fragmentos de otros organismos que encuentran flotando en el medio. Son auténticos laboratorios de la vida, con sus incesantes experimentos y alteraciones. En la mayoría de casos estos cambios serán inocuos, en otros serán letales. En algunos habrá soluciones asombrosas dignas del más sagaz ingeniero, por más que lo único que actúe sea la selección natural y el tiempo.
“Las bacterias fueron los inventores, a escala reducida, de todos los sistemas químicos esenciales para la vida —dice Margulis—. Esta antigua y elevada biotecnología condujo al desarrollo de la fermentación, de la fotosíntesis, de la utilización del oxígeno en la respiración y de la fijación del nitrógeno atmosférico.” A pesar de los años transcurridos desde la publicación del libro —en 1987, la edición española es de 1995—, la visión de la vida que presenta no ha dejado de reafirmarse.
Nuevas técnicas —ya no de cultivo sino moleculares— han contribuido a conocer lo que está ocurriendo en nuestr interior. Los datos son los que son: de cada 100 células, solo una nos pertenece propiamente (aunque el tamaño de las células que nos colonizan sea mucho menor que las nuestras). La cosa se pone aún más seria cuando lo que se mide es el número de genes: solo en el sistema digestivo se han encontrado 3,3 millones (frente a los 20.000 que tiene el ser humano). Fijarse exclusivamente en el ADN humano para entender lo que somos ha podido ser el resultado de una alucinación.
“El microbioma es el conjunto de microbios asociados a un determinado ambiente”, explica el profesor Miguel Vicente, del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC, en declaraciones a AHORA. “El ambiente puede ser un lugar, como los laboratorios o las aulas, o también puede ser una determinada especie animal, o el ser humano”. Solo algunos lugares específicos de nuestro cuerpo sirven de hábitat para los microbios: el intestino, la boca o la nariz son los principales centros de acogida de estos seres de extramuros. “Fuera de estas zonas específicas, nuestro cuerpo no está preparado para convivir con microorganismos —continúa el profesor Vicente—. Cuando un microbio intenta traspasar una de las barreras físicas dentro del cuerpo humano, se produce una reacción.” Como ejemplo, Vicente explica que “si los microbios de la piel logran ir más allá de la epidermis introduciéndose, por ejemplo, en un poro, entonces puede crecer un estafilococo áureo y producir un forúnculo”.
Un ejemplo es la síntesis de vitaminas: “Parte de las vitaminas que obtenemos deriva de las bacterias del intestino”, explica Vicente. Los músculos extraen su energía de la vitamina B; sin embargo, el cuerpo no la produce, a no ser que recurra a un tipo concreto de bacterias para hacer esta tarea. “También ayudan a degradar los restos de la comida e interaccionan con el sistema inmunitario”, continúa Vicente. En la digestión la bacteria Bacteroides thetaiotaomicron no solo puede convertir los hidratos de carbono en glucosa, sino que sin ella no podríamos digerir ni naranjas ni patatas. Hay otra bacteria —la Helicobacter pylori— que se creía que era exclusivamente patógena, pero en la actualidad se sabe que regula la sensación de hambre. Sin ella se produce sobrepeso. Con un buen equilibrio del microbioma del intestino se impide que colonias de bacterias patógenas se puedan instalar allí.
El cuerpo humano ha aprendido a adaptarse y a convivir con las bacterias beneficiosas. Por esa razón el sistema inmunológico ha llegado a una relación de equilibrio, como si ya se contara con ellas.
Una conclusión que se deriva de estos descubrimientos es que el cuerpo humano no es autónomo ni autárquico. Su ADN tampoco es esa llave multiusos capaz de encontrar las soluciones a todos los retos a los que pueda enfrentarse el organismo. Para cumplir algunas de sus funciones elementales delega y externaliza. “El microbioma se considera otro sistema más del cuerpo —explica Vicente— como el aparato digestivo o nervioso, porque las relaciones que se van encontrando son cada vez más variadas e importantes.” Otros biólogos van incluso más allá al proponer que el ser humano tendría que considerarse como un superorganismo: entre el microbioma y los sistemas que componen nuestro cuerpo —los genes, el sistema nervioso, el inmunológico o el hormonal— existiría una red de interdependencias que conformarían un conjunto inseparable. Para definir al ser humano, estos autores piensan que sería imprescindible incluir a toda esta fauna de seres que nos acompañan. Ellos también son, en cierta manera, nosotros.
Consiste en tomar una muestra fecal del intestino de una persona sana para implantar sus bacterias en un intestino con una infección, como la causada por la bacteria Clostridium difficile. Con antibióticos, la muerte de las bacterias benignas permite que esta bacteria actúe incluso con mayor impunidad, mientras que el trasplante neutraliza la acción del patógeno de forma muy efectiva.
Hay hábitos que también contribuyen a que nuestro microbioma sufra o sea mucho más pobre y menos variado de lo que sería conveniente. En el libro I, Superorganism: Learning to Love your Inner Ecosystem (Icon, 2015), Jon Turney da algunos consejos de sentido común para mantener el adecuado equilibro de la colonia microbiana. La dieta, por ejemplo, tiene que basarse principalmente en vegetales. Y aunque la limpieza es imprescindible para acabar con los patógenos, cepillar excesivamente la piel puede acabar con el manto de bacterias que la recubre y dejar la vía libre para la invasión de los bárbaros. Un feto solo entra en contacto con microbios en el mismo momento de nacer, cuando atraviesa el canal de parto. La madre transmite al recién nacido una multitud de microorganismos fundamentales para desarrollar un microbioma equilibrado. Debido a que cada vez hay más partos por cesárea, Turney explica que empieza a ser una práctica habitual que se refriegue a los recién nacidos con un algodón que previamente ha estado en contacto con la vagina de la madre.
El gran estallido de publicaciones relacionadas con el microbioma que se ha producido en los últimos años —en una década, ha pasado de ser un tema desconocido a protagonizar decenas de miles de investigaciones anuales— invita a pensar que pronto aparecerán nuevos tratamientos y se conocerán más detalles. Ya hay empresas que, a imitación de las que analizan el ADN, se dedican a describir el microbioma de sus clientes (aunque los expertos avisan de que sus resultados son cuestionables). Por el momento, las aplicaciones y terapias desarrolladas siguen siendo puntuales, pero todo invita a pensar que un conocimiento más exhaustivo de estos convecinos del ecosistema de nuestro cuerpo nos ayudará a vivir mejor.
Las bacterias no son más que minúsculas bolsas en cuyo interior hay una intrincada maquinaria de reacciones químicas. Pero también son mucho más que eso: se pueden adaptar a cualquier hábitat, gracias a que sus cadenas de ADN son como palimpsestos, agregan nuevos fragmentos de otros organismos que encuentran flotando en el medio. Son auténticos laboratorios de la vida, con sus incesantes experimentos y alteraciones. En la mayoría de casos estos cambios serán inocuos, en otros serán letales. En algunos habrá soluciones asombrosas dignas del más sagaz ingeniero, por más que lo único que actúe sea la selección natural y el tiempo.
“Las bacterias fueron los inventores, a escala reducida, de todos los sistemas químicos esenciales para la vida —dice Margulis—. Esta antigua y elevada biotecnología condujo al desarrollo de la fermentación, de la fotosíntesis, de la utilización del oxígeno en la respiración y de la fijación del nitrógeno atmosférico.” A pesar de los años transcurridos desde la publicación del libro —en 1987, la edición española es de 1995—, la visión de la vida que presenta no ha dejado de reafirmarse.
Hogar, dulce hogar
En la actualidad se sabe que incluso los parajes y hábitats más extremos —como las fuentes termales, en las que se alcanzan hasta 400º C de temperatura— pueden convertirse en un hogar para estos microorganismos. Lo colonizan todo, incluso a otros seres vivos, y el ser humano no es ninguna excepción. En el cuerpo humano existen diferentes ecosistemas en los que proliferan distintos tipos de bacterias. La magnitud de su cantidad empezó a entreverse realmente a inicios de este siglo.Antes para detectar bacterias se tomaba una muestra del medio corporal y se colocaba en una placa de laboratorio para observar si crecía alguna colonia. Muchos de los microorganismos del cuerpo humano no sobreviven fuera del ecosistema en el que habitan, de manera que con este procedimiento la placa acostumbraba a dar un resultado negativo. El investigador David Relman explicó en un artículo de 1999 que este procedimiento era erróneo y estaba distorsionando la realidad: “Nuestros datos sugieren que una proporción significativa de las bacterias residentes en el cuerpo humano siguen pobremente caracterizadas, y eso ocurre en entornos microbianos tan bien conocidos como la boca”.En el cuerpo humano existen diferentes ecosistemas en los que proliferan distintos tipos de bacterias
Nuevas técnicas —ya no de cultivo sino moleculares— han contribuido a conocer lo que está ocurriendo en nuestr interior. Los datos son los que son: de cada 100 células, solo una nos pertenece propiamente (aunque el tamaño de las células que nos colonizan sea mucho menor que las nuestras). La cosa se pone aún más seria cuando lo que se mide es el número de genes: solo en el sistema digestivo se han encontrado 3,3 millones (frente a los 20.000 que tiene el ser humano). Fijarse exclusivamente en el ADN humano para entender lo que somos ha podido ser el resultado de una alucinación.
Mi microbioma y yo
Todas las células tienen un código de barras, el ADN, que las distingue de las demás: las células derivadas de un cigoto humano comparten ese sello de autenticidad que permite distinguirlas de las células llegadas de fuera. Al consultar las cifras, se concluye que el cuerpo humano es una megaurbe: solo en un centímetro cuadrado de piel hay 10.000 bacterias. Y si se tiene en cuenta a todos los colonos, se trata de una auténtica invasión de más de cien billones de seres.“El microbioma es el conjunto de microbios asociados a un determinado ambiente”, explica el profesor Miguel Vicente, del Centro Nacional de Biotecnología del CSIC, en declaraciones a AHORA. “El ambiente puede ser un lugar, como los laboratorios o las aulas, o también puede ser una determinada especie animal, o el ser humano”. Solo algunos lugares específicos de nuestro cuerpo sirven de hábitat para los microbios: el intestino, la boca o la nariz son los principales centros de acogida de estos seres de extramuros. “Fuera de estas zonas específicas, nuestro cuerpo no está preparado para convivir con microorganismos —continúa el profesor Vicente—. Cuando un microbio intenta traspasar una de las barreras físicas dentro del cuerpo humano, se produce una reacción.” Como ejemplo, Vicente explica que “si los microbios de la piel logran ir más allá de la epidermis introduciéndose, por ejemplo, en un poro, entonces puede crecer un estafilococo áureo y producir un forúnculo”.
O también que “si una Escherichia colli que pulule por el tubo digestivo se adhiere a la mucosa intestinal puede producir diarreas y efectos más graves”. En la sangre una bacteria significa una infección. El equilibrio, por tanto, es frágil, y en cualquier momento se puede romper. “Cada bacteria ejecuta un programa diferente que busca convertirnos en comida”, dice Vicente, pero el cuerpo humano cuenta con los medios para evitar que esto suceda. Lo habitual, sin embargo, es que los microorganismos se integren y convivan en armonía, tanto con el cuerpo que las acoge como con el resto de colonias bacterianas que habiten en el mismo lugar. “En el microbioma intestinal, por ejemplo, conviven diferentes especies microbianas, en equilibrio unas con otras. Lo sano es el equilibro entre ellas y que ninguna predomine”.Lo habitual es que los microorganismos se integren y convivan en armonía con el resto de colonias bacterianas
Un órgano más
Se suele considerar a todas las bacterias como foráneas, ajenas al cuerpo humano, que vienen a aprovecharse de los múltiples recursos y riquezas que ofrece, cuando no a provocar enfermedades o incluso la muerte. Pero es una visión errónea, la realidad es más compleja. Hay bacterias patógenas, pero también hay muchas otras bacterias que cumplen funciones indispensables para el organismo.Un ejemplo es la síntesis de vitaminas: “Parte de las vitaminas que obtenemos deriva de las bacterias del intestino”, explica Vicente. Los músculos extraen su energía de la vitamina B; sin embargo, el cuerpo no la produce, a no ser que recurra a un tipo concreto de bacterias para hacer esta tarea. “También ayudan a degradar los restos de la comida e interaccionan con el sistema inmunitario”, continúa Vicente. En la digestión la bacteria Bacteroides thetaiotaomicron no solo puede convertir los hidratos de carbono en glucosa, sino que sin ella no podríamos digerir ni naranjas ni patatas. Hay otra bacteria —la Helicobacter pylori— que se creía que era exclusivamente patógena, pero en la actualidad se sabe que regula la sensación de hambre. Sin ella se produce sobrepeso. Con un buen equilibrio del microbioma del intestino se impide que colonias de bacterias patógenas se puedan instalar allí.
El cuerpo humano ha aprendido a adaptarse y a convivir con las bacterias beneficiosas. Por esa razón el sistema inmunológico ha llegado a una relación de equilibrio, como si ya se contara con ellas.
Una conclusión que se deriva de estos descubrimientos es que el cuerpo humano no es autónomo ni autárquico. Su ADN tampoco es esa llave multiusos capaz de encontrar las soluciones a todos los retos a los que pueda enfrentarse el organismo. Para cumplir algunas de sus funciones elementales delega y externaliza. “El microbioma se considera otro sistema más del cuerpo —explica Vicente— como el aparato digestivo o nervioso, porque las relaciones que se van encontrando son cada vez más variadas e importantes.” Otros biólogos van incluso más allá al proponer que el ser humano tendría que considerarse como un superorganismo: entre el microbioma y los sistemas que componen nuestro cuerpo —los genes, el sistema nervioso, el inmunológico o el hormonal— existiría una red de interdependencias que conformarían un conjunto inseparable. Para definir al ser humano, estos autores piensan que sería imprescindible incluir a toda esta fauna de seres que nos acompañan. Ellos también son, en cierta manera, nosotros.
El bienestar
Cada vez que nos sometemos a un tratamiento de antibióticos podemos experimentar lo que ocurre cuando el número de bacterias se reduce: al perecer las del intestino empiezan a faltar vitaminas, nos sentimos débiles y somos más propensos a tener diarreas. “Una vida sin la colaboración de las bacterias es penosa”, concluye el profesor Vicente. Hasta ahora, el combate contra la enfermedad mediante antibióticos había sido la manera más efectiva para luchar contra los patógenos. Este procedimiento salva millones de vidas, pero a costa del sufrimiento bacteriano y, en último término, de nuestro sufrimiento. Empiezan a existir tratamientos que no dañan a los microorganismos y se están practicando con éxito, como es el caso del trasplante microbiano fecal.Consiste en tomar una muestra fecal del intestino de una persona sana para implantar sus bacterias en un intestino con una infección, como la causada por la bacteria Clostridium difficile. Con antibióticos, la muerte de las bacterias benignas permite que esta bacteria actúe incluso con mayor impunidad, mientras que el trasplante neutraliza la acción del patógeno de forma muy efectiva.
Hay hábitos que también contribuyen a que nuestro microbioma sufra o sea mucho más pobre y menos variado de lo que sería conveniente. En el libro I, Superorganism: Learning to Love your Inner Ecosystem (Icon, 2015), Jon Turney da algunos consejos de sentido común para mantener el adecuado equilibro de la colonia microbiana. La dieta, por ejemplo, tiene que basarse principalmente en vegetales. Y aunque la limpieza es imprescindible para acabar con los patógenos, cepillar excesivamente la piel puede acabar con el manto de bacterias que la recubre y dejar la vía libre para la invasión de los bárbaros. Un feto solo entra en contacto con microbios en el mismo momento de nacer, cuando atraviesa el canal de parto. La madre transmite al recién nacido una multitud de microorganismos fundamentales para desarrollar un microbioma equilibrado. Debido a que cada vez hay más partos por cesárea, Turney explica que empieza a ser una práctica habitual que se refriegue a los recién nacidos con un algodón que previamente ha estado en contacto con la vagina de la madre.
El gran estallido de publicaciones relacionadas con el microbioma que se ha producido en los últimos años —en una década, ha pasado de ser un tema desconocido a protagonizar decenas de miles de investigaciones anuales— invita a pensar que pronto aparecerán nuevos tratamientos y se conocerán más detalles. Ya hay empresas que, a imitación de las que analizan el ADN, se dedican a describir el microbioma de sus clientes (aunque los expertos avisan de que sus resultados son cuestionables). Por el momento, las aplicaciones y terapias desarrolladas siguen siendo puntuales, pero todo invita a pensar que un conocimiento más exhaustivo de estos convecinos del ecosistema de nuestro cuerpo nos ayudará a vivir mejor.