Category Archives: Simbiosis

Un nou probiòtic activa la microbiota contra el càncer de fetge

Click here for the english version:  A new probiotic modulates gut microbiota against hepatocellular carcinoma

13 juliol 2016

Els darrers anys s’han anat desvetllant els efectes beneficiosos de la microbiota intestinal humana sobre diversos marcadors de la salut, com la inflamació, la resposta immune, les funcions metabòliques i el pes, així com la importància que tenen aquests bacteris simbiòtics nostres. En relació a la nostra microbiota vegeu per exemple aquests altres posts del meu blog: “Els clostridis bons ens eviten al·lèrgies“, “Bacteris controlant el que mengem” o “Bacteris de la llet materna“.

Al mateix temps s’ha vist que els probiòtics poden ser una bona solució per a moltes malalties amb la microbiota intestinal afectada. Efectivament, s’ha demostrat el paper beneficiós dels probiòtics per tal de reduir la inflamació gastrointestinal i prevenir el càncer colorectal.

Ara bé, recentment s’ha observat que els probiòtics poden tenir efectes beneficiosos en altres parts del cos més enllà del tracte gastrointestinal, en concret amb efectes immunomoduladors sobre un carcinoma hepatocel·lular (CHC). En efecte, investigadors de la Universitat de Hong Kong, juntament amb altres de la Universitat de Finlàndia Oriental, han publicat un estudi (Li et al, PNAS, 2016) en aquest sentit, en el qual han vist reduccions del 40% del pes i mida del tumor CHC del fetge de ratolins als que se’ls havia administrat un nou producte barreja de probiòtics, “Prohep”.

El carcinoma hepatocel·lular (CHC) és el tipus més usual de càncer de fetge, és el 2n càncer més mortal, i força abundant en llocs amb taxes altes d’hepatitis. A més, el fàrmac més utilitzat per reduir la proliferació del tumor, el sorafenib, és caríssim. El cost d’aquest inhibidor multiquinasa és de 3400€, per a les 112 pastilles de 200 mg del tractament recomanat de 4 pastilles al dia durant un mes. En canvi, qualsevol tractament amb probiòtics que s’arribés a demostrar que fos eficaç i pogués substituir aquest fàrmac, seria molt més econòmic.

La nova barreja de probiòtics Prohep està compost per diversos bacteris: Lactobacillus rhamnosus GG (LGG), Escherichia coli Nissle 1917 (EcN), i el conjunt inactivat pel calor VSL#3 (1:1:1), que conté Streptococcus thermophilus, Bifidobacterium breve, Bf. longum, Bf. infantis, Lb. acidophilus, Lb. plantarum, Lb. paracasei, i Lb. delbrueckii.

En el treball esmentat, Li et al. (2016) van alimentar ratolins amb el Prohep durant una setmana abans d’inocular-los un tumor al fetge, i van observar una reducció del 40% del pes i mida del tumor en comparació als animals control. Com veiem a la Figura 1, l’efecte és significatiu als 35 dies, i també per als que se’ls administra el Prohep el mateix dia de la inoculació del tumor. Lògicament, l’efecte de reducció és molt més manifest en administrar un compost antitumoral com Cisplatina.

Aquests investigadors van veure que la reducció del tumor era degut a la inhibició de l’angiogènesi, el procés que fa generar nous vasos sanguinis a partir dels existents, cosa essencial per al creixement tumoral. Relacionat amb la reducció tumoral, van trobar nivells alts del GLUT-1+ hipòxic, o sigui, que al tumor hi havia hipòxia causada pel menor flux sanguini, ja que aquest era un 54% menor, respecte als controls.

 

Fig 1 Li-Fig1B tumor size - days tumor

Figura 1. Variació de mida del tumor. ProPre: administració de Prohep 1 setmana abans d’inoculació del tumor; ProTreat: administració de Prohep el mateix dia d’inoculació del tumor; Cisplatin: administració d’aquest antitumoral. (Fig 1 B de Li et al, 2016).

 

També van determinar que hi havia una menor quantitat del factor angiogènic proinflamatori IL-17 i de les cèl·lules Th17 del sistema immune, que s’associen també al càncer. La menor inflamació i angiogènesi limiten el creixement del tumor.

I a més a més, aquests investigadors van establir que aquests efectes beneficiosos de l’administració dels probiòtics estava relacionats amb l’abundància de bacteris beneficiosos de la microbiota intestinal pròpia dels ratolins, que analitzaren per metagenòmica. O sigui, que els probiòtics modulen la microbiota, afavorint alguns bacteris propis, que són els que produeixen metabòlits antiinflamatoris com la citoquina IL-10 i que suprimeixen la diferenciació de les cèl·lules Th17.

 

Fig 2 gut microbiota Eye of Science

Figura 2. Bacteris de la microbiota intestinal humana al microscopi electrònic de rastreig (SEM) (Imatge colorejada, de Eye of Science / Science Source)

 

Alguns d’aquests bacteris de la microbiota identificats per metagenòmica als ratolins que se’ls havia administrat el Prohep són Prevotella i Oscillibacter. El primer és un bacteri gram-negatiu bacteroidal, que és abundant a la microbiota de nen africans rurals amb dietes riques en carbohidrats. Oscillibacter és un gram-positiu clostridial, que es coneix als humans com a productor del neurotransmissor GABA. Són un exemple més de la importància d’alguns bacteroidals i clostridials en la microbiota intestinal, ja que en són majoria, i malgrat que no són ni molt menys utilitzats com a probiòtics, cada cop se’ls troba més funcions positives, com per exemple evitant al·lèrgies (Els clostridis bons ens eviten al·lèrgies).

Se sap que aquests bacteris produeixen metabòlits antiinflamatoris i per tant serien els principals implicats en regular l’activitat de les cèl·lules immunes que propicien el creixement del tumor. La reducció del tumor observada en aquests experiments amb ratolins seria efecte de l’acció combinada dels mateixos bacteris probiòtics administrats junt amb la microbiota pròpia afavorida per aquests. Veiem un possible esquema d’aquestes accions a la Figura 3.

 

Fig 3 Sung fig 2

Figura 3. Diagrama simplificat dels possibles mecanismes dels bacteris intestinals influint sobre la polarització de les cèl·lules Th17 de la làmina pròpia de la mucosa intestinal. Els bacteris de la microbiota activarien les cèl·lules dendrítiques, les quals segreguen citoquines (IL-22, IL-23, IL-27). Els bacteris poden promoure la immunitat de Th17 induint IL-23, que pot estar involucrada mitjançant la senyal de lligands TLR, o ATP extracel·lular o l’amiloide A sèric (SAA). Mentrestant, algunes soques probiòtiques podrien inhibir el desenvolupament de Th17 per la via de la producció de IL-12 i IL-27, a banda d’afavorir el creixement i colonització dels bacteris propis que indueixen Th17 (Sung et al 2012, Fig. 2).

 

Encara que ja sabem que la progressió dels càncers és un procés molt complex, i que als microambients del tumor hi ha una infiltració de molts diversos tipus de cèl·lules del sistema immunitari com cèl·lules T, neutròfils, cèl·lules killer, macròfags, etc, la subpoblació de cèl·lules helper Th17 sembla que és prevalent en la progressió dels tumors, i per tant, aquests efectes dels probiòtics i la microbiota obren bones perspectives.

Encara és aviat per dir si aquests descobriments contribuiran a un tractament del càncer de fetge humà, i per tant calen investigacions en humans per veure si aquests probiòtics podrien ser utilitzats com a tal o en tàndem amb algun fàrmac, en funció del estadi i mida del tumor. En qualsevol cas, s’obre un nou ventall de possibilitats de recerca dels mecanismes moleculars dels efectes beneficiosos dels probiòtics més enllà del tracte intestinal.

 

Bibliografia

El-Nezami H (2016 april 27) HKU develops novel probiotic mixture “Prohep” that may offer potential therapeutic effects on liver cancer. The University of Hong Kong (HKU) 27 Apr 2016

El-Nezamy H, Lee PY, Huang J, Sung YJ (2015) Method and compositions for treating cancer using probiotics. Patent WO 2015021936 A1

Li J, Sung CYJ, Lee N, Ni Y, Pihlajamäki J, Panagiotou G, El-Nezami H (2016) Probiotics modulated gut microbiota suppresses hepatocellular carcinoma growth in mice. PNAS E1306-E1315

Oelschlaeger TA (2010) Mechanisms of probiotic actions – A review. Int J Med Microbiol 300, 57-62

Packham C (2016) Probiotics dramatically modulate liver cancer growth in mice. Medical Press, Med Research 23 Feb 2016

Silgailis M (2016) Treating some cancers with probiotics in the future ? Probiotic Prohep. Lacto Bacto: Health, Microbes and More 23 Feb 2016

Sung CYJ, Lee NP, El-Nezami H (2012) Regulation of T helper by bacteria: an approach for the treatment of hepatocellular carcinoma. Int J Hepatology ID439024, doi:10.1155/2012/439024

UEF News and Events (2016) A novel probiotic mixture may offer potential therapeutic effects on hepatocellular carcinoma. University of Eastern Finland 1 Mar 2016

 

Anuncis

Microbiota de la pell humana, en part compartida amb el gos de casa

Click here for the english version: Human skin microbiota partly shared with the dog

17 novembre 2015

Diversitat de la microbiota humana a les diferents parts del cos i entre individus

Com havia comentat en altres posts anteriors d’aquest blog (Clostridis bons del budell 1 març 2015; Bacteris controlant el que mengem 8 set 2014; Bacteris de la llet materna 26 gener 2013), cada cop es fa més patent la importància que té la microbiota del nostre cos, o sigui el conjunt de microorganismes, sobretot bacteris, amb els quals convivim.

La microbiota humana varia d’un individu a un altre, en relació a la dieta, l’edat i les característiques fenotípiques i genètiques de cadascú. I a més, com que no vivim aïllats, també hi influeix l’entorn, o sigui les altres persones amb les que interactuem, i és clar, els altres animals amb que convivim, com els gossos i altres animals domèstics. Tots plegats també tenen microbiota pròpia.

El cos humà és la llar de molts microorganismes diferents, amb bacteris (i arquees), fongs i virus que viuen a la pell, a l’intestí i en diversos altres llocs en el cos (Figura 1). Si bé molts d’aquests microbis són beneficiosos als seus hostes humans, sabem poc sobre la majoria d’ells. Les primeres investigacions es van centrar en la comparació dels microorganismes que es troben en individus sans amb els que es troben en les persones que pateixen d’una malaltia en particular. Més recentment els investigadors s’han interessat en les qüestions més generals, com entendre com s’estableix aquesta microbiota i conèixer les causes de les similituds i diferències entre la microbiota de diferents individus.

 

Fig 1 Marsland

Figura 1. Proporcions de tipus de microorganismes que habiten a les diferents parts del cos humà: bacteris (cercles grans), fongs (cercles petits dreta) i virus (cercles petits esquerra) (Marsland & Gollwitzer 2014)

 

Ara ja se sap que les comunitats de microorganismes que es troben en els intestins de les persones relacionades genèticament tendeixen a ser més similars que els de les persones que no estan relacionades. D’altra banda, les comunitats microbianes que es troben en els intestins dels adults no relacionats que viuen a la mateixa llar són més similars que les dels adults no relacionats que viuen en diferents llars (Yatsunenko et al 2012). No obstant això, tots aquests estudis s’han centrat en l’intestí, i poc se sap sobre l’efecte de la relació, la convivència i l’edat en la microbiota en altres parts del cos, com és el cas de la pell.

 

Microbiota de la pell humana

La pell és un ecosistema d’uns 1,8 m2 de diversos hàbitats, amb plecs, invaginacions i nínxols especialitzats que acullen molts tipus de microorganismes. La funció principal de la pell és com a barrera física, protegint el cos d’assalts potencials per part d’organismes estranys o substàncies tòxiques. Com que també és la interfase amb l’ambient extern, està colonitzat per diversos microorganismes, incloent bacteris, fongs, virus, així com àcars (Figura 2). A la superfície destaquen proteobacteris, propionibacteris i estafilococs i alguns fongs com Malassezia (un basidiomicet amb un estadi unicel·lular i un altre micelià). Els àcars (en anglès mites) com Demodex folliculorum viuen al voltant dels fol·licles pilosos. Molts d’aquests microorganismes són innocus i a vegades aporten funcions vitals que el genoma humà no ha adquirit evolutivament. Els microorganismes simbiòtics protegeixen front a altres microbis patogènics o nocius. (Grice & Segre 2011).

Fig 2 Grice

Figura 2. Esquema de secció de pell humana amb els diversos microorganismes presents (Grice & Segre 2011).

 

En conseqüència amb la comentada diversitat de la microbiota, aquesta també és molt variada segons la regió de la pell que considerem (Figura 3), i per tant segons els diversos microambients, que com veiem poden ser de 3 característiques diferents: sebacis o oliosos, humits i secs.

Fig 3 Grice

Figura 3. Distribució topogràfica dels tipus de bacteris en diferents llocs de la pell (Grice & Segre 2011)

 

La pell és un complex entramat estructural, hormonal, nerviós, immunològic i microbià i en aquest sentit s’ha comprovat que la microbiota resident col·labora amb el sistema immune, especialment en la reparació de les ferides (Figura 4). Com veiem, en concret l’àcid lipoteicoic (LTA), integrant de la paret cel·lular bacteriana, alliberat per Staphylococcus epidermidis, estimula els receptors tipus Toll (Toll-Like Receptor) TLR2, que indueixen la producció de pèptids antimicrobians, i també s’estimulen els queratinòcits de l’epidermis via els TLR3 per desencadenar l’inflamació, amb producció d’interleucina i atracció de leucòcits (Heath & Carbone 2013). Tot plegat per assegurar la protecció homeostàtica i la defensa enfront possibles patògens. Més informació també a la revisió de Belkaid & Segre (2014).

Fig 4 Heath Fig1 ni.2680-F1

Figura 4. Contribució de la microbiota resident a la immunitat i la reparació de ferides (Heath & Carbone 2013)

 

A casa compartim microbiota, i amb el gos

Com dèiem al principi, l’entorn influeix en la microbiota d’un individu, i per tant, individus que viuen junts tendeixen a compartir part de la microbiota. Efectivament, això fou recentment estudiat per Song et al (2013), amb 159 persones i 36 gossos de 60 famílies (unitats conjugals amb nens i/o gossos). Els van estudiar la microbiota intestinal, de la llengua i de la pell. Van extreure el DNA d’un total de 1076 mostres, amplificant-ne la regió V2 del gen 16S rRNA amb encebadors específics, i van procedir a una seqüenciació multiplex d’alt rendiment (High-Throughput Sequencing) amb un equip Illumina GA IIx. En van obtenir un total d’uns 58 milions de seqüències, amb una mitjana de 54.000 per mostra, que van ser analitzades contrastant amb les bases de dades per saber quins tipus bacterians i en quines proporcions.

Els resultats foren que les comunitats microbianes eren més similars entre sí en individus que viuen junts, i sobretot les de la pell, més que no les intestinals o de la llengua. Això era cert per a totes les comparacions, incloent parelles d’humans, i parelles gos-humà. Com veiem a la Figura 5, el nombre de tipus bacterians compartits és més gran entre diferents parts (front, palmells de les mans i polpes dels dits del gos) de la pell del l’humà i el seu propi gos (barres blaves), que no de l’humà amb gossos d’altres famílies (barres vermelles), o dels gossos amb persones que no en tenen (barres verdes). També veiem que el nombre de tipus bacterians compartits és molt menor en comparar mostres fecals o la llengua (Song et al 2013).

Fig 5 Song

Figura 5. Nombres de filotipus (tipus filogenètics) bacterians compartits entre adults i els seus gossos (blau), els adults amb gossos d’altres (vermell) i adults que no tenen gossos amb gossos. Es comparen (gos-humà) fronts, mans, polpes de les potes, i també mostres fecals (stool) i llengües. Significativitat de ser diferents: *p<0.05, **p<0.001 (Song et al 2013)

 

Això suggereix que els humans probablement adquireixen molts dels microorganismes en la pell per contacte directe amb el seu entorn, i que els éssers humans tendeixen a compartir més microbis amb els individus, incloent a les seves mascotes, amb els que estan en contacte freqüent. Song et al. (2013) també van descobrir que, a diferència del que passa a l’intestí, les comunitats microbianes en la pell i la llengua dels lactants i els nens eren relativament similars a les dels adults. En general, aquestes troballes suggereixen que les comunitats microbianes que es troben a l’intestí canvien amb l’edat d’una manera que difereix significativament dels que es troben a la pell i la llengua.

Encara que no és el motiu principal d’aquest post, breument es pot comentar que globalment la microbiota intestinal dels gossos no és molt diferent de la dels humans en nombres (1011 per gram) i diversitat, si bé amb més proporció de Gram-positius (aprox. 60% clostridials, 12% lactobacils, 3% bifidobacteris i 3% corinebacteris) i menys Gram-negatius (2% bacteroides, 2% proteobacteris) (García-Mazcorro & Minamoto 2013).

 

Menys asma als infants que conviuen amb gossos

I encara que no s’ha acabat de demostrat la relació amb el que hem comentat de la microbiota, darrerament s’han trobat evidències dels beneficis de tenir gos per a la salut física, i no només psíquica. Uns investigadors suecs (Fall et al 2015) han fet un estudi amb tots els nadons nascuts (1 milió) a Suècia de 2001 al 2010, comptant els que patien asma als 6 anys. Com que els suecs tenen registre de tots els gossos també des de 2001, aquests investigadors han pogut relacionar la presència de gos a casa durant el primer any del nadó amb l’aparició d’asma o no als infants, i han arribat a la conclusió que els nens tenen un risc menor d’asma (un 50% menys) si s’han criat en presència d’un gos.

Resultats semblants s’han obtingut per a nens criats en granges o en ambients rurals, i per tant amb contacte amb altres animals. Tot plegat estaria d’acord amb l’anomenada “hipòtesi de la higiene”, segons la qual la menor incidència d’infeccions als països occidentals, i sobretot als “urbanites”, seria la causa de l’augment de malalties autoimmunes i al·lèrgies (Okada et al 2010). En línia amb hipòtesi, es creu que el sistema immune humà es beneficia de la convivència amb gossos o altres animals degut al fet de compartir part de la microbiota. Tanmateix, en aquests nens suecs que convivien amb gossos i tenien menys risc d’asma es detectà un lleuger risc de malaltia pneumòccica, cosa que lliga amb la hipòtesi esmentada: més infeccions i menys al·lèrgies (Steward 2015), però amb l’avantatge de què les infeccions són més fàcils de tractar, o prevenir amb vacunes.

Fig 0 stray-dog-saves-baby

 

Bibliografia

Belkaid Y, Segre JA (2014) Dialogue between skin microbiota and immunity. Science 346, 954-959

Fall T, Lundholm C, Örtqvist AK, Fall K, Fang F, Hedhammar A et al (2015) Early exposure to dogs and farm animals and the risk of childhood asthma. JAMA Pediatrics 69, 11, e153219

García-Mazcorro JF, Minamoto Y (2013) Gastrointestinal microorganisms in cats and dogs: a brief review. Arch Med Vet 45, 111-124

Heath WR, Carbone FR (2013) The skin-resident and migratory immune system in steady state and memory: innate lymphocytes, dendritic cells and T cells. Nature Immunology 14, 978-985

Marsland BJ, Gollwitzer ES (2014) Host–microorganism interactions in lung diseases. Nature Reviews Immunology 14, 827-835

Okada H, Kuhn C, Feillet H, Bach JF (2010) The “hygiene hypothesis” for autoimmune and allergic diseases: an update. Clin Exp Immunol 160, 1-9

Song SJ, Lauber C, Costello EK, Lozupone, Humphrey G, Berg-Lyons D, et al (2013) Cohabiting family members share microbiota with one another and with their dogs. eLife 2, e00458, 1-22

Steward D (2015) Dogs, microbiomes, and asthma risk: do babies need a pet ? MD Magazine, Nov 03

Yatsunenko T, Rey FE, Manary MJ, Trehan I, Dominguez-Bello MG, Contreras M, et al. 2012. Human gut microbiome viewed across age and geography. Nature 486, 222–7

 

 

Els bacteris de l’intestí ens controlen el què mengem

Click here for the english version: Bacteria in the gut are controlling what we eat

Sembla que és així: els microbis del nostre tracte gastrointestinal (TGI) influeixen en la nostra tria de menjar. No és estrany: els microbis, bacteris bàsicament, són presents al TGI en quantitats importants, més de 10 cèl.lules bacterianes per cadascuna de les nostres, un total de 1014 (el cós humà té unes 1013 cèl.lules). Això equival a uns 1-1.5 kg de pes. I aquest bacteris conviuen amb nosaltres des de sempre, ja que tots els mamífers en tenen, amb la qual cosa han anat evolucionant amb els nostres precursors i per tant estan molt ben adaptats al nostre ambient intern. Com que per a ells els nostres cossos són el seu hàbitat, doncs millor si poden controlar el que els arriba a l’intestí. I cóm ho poden fer ? Doncs donant ordres al cervell per menjar tal cosa o tal altra que els vagin bé als microbis.

 

Fig 1 comandament

Figura 1. “Centre de comandament del tracte gastro-intestinal” (muntatge propi, Albert Bordons)

 

Bé, doncs anat seriosament, hi ha alguns treballs previs en aquest sentit, d’una relació entre les preferències per una dieta determinada i la composició microbiana del TGI (Norris et al 2013). De fet, és una interacció bidireccional, una més dels molts aspectes de mutualisme simbiòtic entre nosaltres i la microbiota que ens habita (Dethlefsen et al 2007).

Hi ha moltes proves que la dieta influeix en la microbiota. Un dels exemples més vistosos és que s’ha vist que els nens africans alimentats quasi exclusivament en sorgo tenen més microbis cel.lulolítics que altres nens (De Filippo et al 2010).

El cervell també pot influir indirectament en la microbiota entèrica per canvis en la motilitat, secreció i permeabilitat gastrointestinals, o directament alliberant molècules al lumen del digestiu des de cèl.lules (del sistema immune o neurones) subepitelials (Rhee et al 2009).

El TGI és un ecosistema complex on diferent espècies de bacteris i altres microorganismes han de competir i col.laborar entre ells i amb les cèl.lules de l’hoste. El menjar ingerit per l’hoste (humà o altres mamífers) és un factor important en la selecció contínua d’aquests microbis i la naturalesa d’aquest menjar està sovint determinada per les preferències de l’hoste. Els bacteris que puguin manipular aquestes preferències tindran avantatges sobre els que no ho facin (Norris et al 2013).

Recentment Alcock et al (2014) han recollit en una revisió les evidències en aquest sentit. Els microbis poden manipular la conducta alimentària de l’hoste en benefici propi a través de diverses estratègies possibles. Veiem-ne a continuació alguns exemples relacionats amb l’esquema de la Figura 2.

 

Fig 2 human microbiome behaviour appetite

Figura 2. Com si els microbis fossin titellaires i els humans fóssim les titelles, els microbis poden controlar el que volem menjar mitjançant una sèrie de mecanismes senyalats. Adaptat de Alcock et al 2014.

 

Les persones que tenen “desitjos” de xocolata tenen diferents metabòlits microbians a l’orina que les persones indiferents per a la xocolata, malgrat tenir la mateixa dieta.

La disfòria, o sigui, el malestar en l’humà fins que mengem aliments que milloren el “benestar” microbià, pot ser deguda a l’expressió de gens bacterians de virulència i la percepció de dolor per l’hoste. Això és perquè la producció de toxines sovint és desencadenada per una baixa concentració de nutrients limitants del creixement. La detecció de sucres i altres nutrients regula la virulència i el creixement de diversos microbis. Aquests lesionen directament l’epiteli intestinal quan alguns nutrients són absents. D’acord amb aquesta hipòtesi, s’ha demostrat que proteïnes de virulència bacteriana activen els receptors de dolor. S’ha vist que el dejuni en ratolins augmenta la percepció del dolor per un mecanisme del nervi vagal.

Els microbis també poden alterar les preferències alimentàries dels hostes canviant l’expressió dels receptors del gust a l’hoste. En efecte, per exemple s’ha vist que ratolins lliures de microbis prefereixen més els dolços i tenen un major nombre de receptors del dolç a la llengua i a l’intestí que els ratolins amb una microbiota normal.

La conducta alimentària de l’hoste també pot ser manipulada pels microbis mitjançant el sistema nerviós, pel nervi vague, que conecta les 100 milions de neurones del sistema nerviós entèric des de l’intestí a la base del cervell via medul.la. Els nervis entèrics tenen receptors que reaccionen amb la presència de determinats bacteris i dels metabòlits bacterians, com els àcids grassos de cadena curta. El nervi vague regula la conducta alimentària i el pes corporal. S’ha vist que l’activitat del nervi vague de rates estimulades amb norepinefrina fa que malgrat estar saciades segueixin menjant. Això suggereix que els microbis del TGI produeixen neurotransmissors que poden contribuir a la sobrealimentació.

Els neurotransmissors produïts pels microbis són anàlegs de les hormones dels mamífers relacionades amb l’estat d’ànim i el comportament. Més del 50% de la dopamina i la majoria de serotonina del cos tenen un origen intestinal. Molts habitants transitoris i persistents de l’intestí, incloent E. coli, diversos Bacillus, Proteus i Staphylococcus secreten dopamina. A la Taula 1 veiem un resum dels diversos neurotransmissors produïts per microbis del TGI. Al mateix temps, s’ha vist que enzims de l’hoste com l’amino-oxidasa poden degradar neurotransmissors produïts pels microorganismes, la qual cosa demostra les interaccions evolutives entre microbis i hostes.

 

Taula 1. Diversitat de neurotransmissors aïllats de diverses espècies microbianes (Roschchina 2010)

Neurotransmissor Gènere
GABA (àcid gamma-amino-butíric) Lactobacillus, Bifidobacterium
Norepinefrina Escherichia, Bacillus, Saccharomyces
Serotonina Candida, Streptococcus, Escherichia, Enterococcus
Dopamina Bacillus, Serratia
Acetilcolina Lactobacillus

 

 

 

 

 

 

 

Alguns bacteris indueixen a què els seus hostes els proveeixin els seus nutrients preferits. Per exemple, Bacteroides thetaiotaomicron es troba al mucus intestinal, on s’alimenta dels oligosacàrids secretats per les cèl.lules caliciformes de l’intestí, i aquest bacteri indueix el seu hoste mamífer a augmentar la secreció d’aquests oligosacàrids. Al contrari, Faecalibacterium prausnitzii, un no degradador de mucus, que es troba associat amb B. thetaiotaomicron, inhibeix la producció de mucus. Per tant, ens trobem en un ecosistema amb múltiples agents que interaccionen entre sí i amb l’hoste.

Com que la microbiota és fàcilment manipulable pels prebiòtics, probiòtics, antibiòtics, trasplantaments fecals, i canvis en la dieta, el control i l’alteració de la nostra microbiota ofereix un mètode viable als problemes altrament insolubles de l’obesitat i la mala alimentació.

 

Bibliografia

Alcock J, Maley CC, Aktipis CA (2014) Is eating behavior manipulated by the gastrointestinal microbiota? Evolutionary pressures and potential mechanisms. BioEssays 36, DOI: 10.1002/bies.201400071

De Filippo C, Cavalieri D, Di Paola M, Ramazzotti M, et al (2010) Impact of diet in shaping gut microbiota revealed by a comparative study in children from Europe and rural Africa. Proc Natl Acad Sci USA 107:14691–6

Dethlefsen L, McFall-Ngai M, Relman DA (2007) An ecological and evolutionary perspective on human-microbe mutualism and disease. Nature 449:811-818

Lyte M (2011) Probiotics function mechanistically as delivery for neuroactive compounds: Microbial endocrinology in teh design and use of probiotics. BioEssays 33:574-581

Norris V, Molina F, Gewirtz AT (2013) Hypothesis: bacteria control host appetites. J Bacteriol 195:411–416

Rhee SH, Pothoulakis C, Mayer EA (2009) Principles and clinical implications of the brain–gut–enteric microbiota axis. Nature Reviews Gastroenterology and Hepatology 6:306-314

Roschchina VV (2010) Evolutionary considerations of neurotransmitters in microbial, plant, and animal cells. In Lyte M, Freestone PPE, eds; Microbial Endocrinology: Interkingdom Signaling in Infectious Disease and Health. New York: Springer. pp. 17–52

 

 

L’agromicrobioma: els microorganismes de les arrels de plantes de conreu

Click here for the english version:   Agromicrobiome: microorganisms from the roots of crop plants

Tots els que hem estudiat “Bios” diverses tenim present els dos aspectes més coneguts de les relacions simbiòtiques de les arrels de les plantes amb els microorganismes:

1) Per un costat els nòduls dels bacteris Rhizobium a les arrels de les lleguminoses (Figura 1). Aquests bacteris, amb el seu complex nitrogenasa, són dels pocs organismes capaços de fixar el N2 atmosfèric transformant-lo a nitrogen orgànic, que la planta aprofita, i a canvi aquesta li proporciona compostos orgànics al bacteri. Gràcies a aquests bacteris, plantes com les lleguminoses no necessiten adobs nitrogenats.

Fig1 noduls RhizobiumFigura 1. Nòduls de Rhizobium

2) Les micorizes, o sigui, les relacion simbiòtiques entre els fongs i les arrels de les plantes. El cas més popularment conegut és el dels bolets que trobem sempre associats a determinats arbres (Figura 2), com els rovellons associats als pins. De fet, les micorizes són presents a la majoria de plantes. Gràcies a aquesta simbiosi, els fongs reben nutrients orgànics de la planta, i aquesta pot absorbir més fàcilment aigua i nutrients minerals (sobretot P, Zn i Cu) a través del fong. A més, les micorizes incrementen la resistència de les plantes a les malalties provinents del sòl i permeten que colonitzin terres ermes.

Fig2 shannon-wright-networkFigura 2. Micorizes de bolets amb arbres. Imatge treta de Shannon Wright

Però aquests només són els més coneguts de les relacions simbiòtiques entre els microorganismes i les arrels de les plantes. De fet, com que el sòl és ple de microorganismes, molts d’aquests, ja siguin bacteris, fongs, algues, protozous o virus, tenen efectes beneficiosos, simbiòtics o no, sobre les plantes. I el que és biotecnològicament més interessant, cada cop s’estan veient més possibles aplicacions d’aquests microorganismes en benefici de les plantes conreades, que poden ser una bona alternativa a l’ús d’adobs i plaguicides.

Els diversos microorganismes poden tenir efectes positius directes en la nutrició vegetal com la comentada fixació de nitrogen, la mineralització de compostos orgànics, i la solubilització d’elements no disponibles per a la planta (com fosfats, K, Fe), però també efectes positius indirectes, com la producció d’hormones i factors de creixement, o la protecció enfront a patògens (García 2013).

Així doncs, hi ha un interès creixent en el control biològic dels patògens vegetals. S’ha comprovat que alguns d’aquests patògens són inhibits per antibiòtics produïts per microorganismes de la rizosfera (Raaijmakers et al 2002). Ja fa alguns anys que s’utilitzen bacteris (bacterització) al sòl o amb les llavors o altres parts vegetals a plantar, amb l’objectiu de millorar el creixement o la salut de la planta.

Uns dels bacteris més coneguts i utilitzats en aquest sentit han estat els Bacillus i Paenibacillus. Diverses espècies d’aquests gèneres de bacteris esporulats aerobis són abundants als sòls agrícoles i poden promoure la salut dels vegetals de diferents maneres, suprimint patògens amb metabòlits antibiòtics, estimulant les defenses vegetals, facilitant la captació de nutrients per la planta, o promovent les simbiosis amb Rhizobium o amb micorizes (McSpadder 2004).

El gènere Paenibacillus fou reclassificat a partir de Bacillus el 1993, i inclou P. polymyxa, espècie que fixa N2 i és utilitzat en agricultura i horticultura. Aquesta i altres espècies de Paenibacillus presenten formes colonials complexes i regulars en agar, fins i tot sorprenents (Figura 3), i que varien segons les condicions del medi. Per a això, cal un comportament cooperatiu i autoorganitzatiu entre les cèl.lules bacterianes individuals, que utilitzen un sistema de comunicació química. Aquest comportament social bacterià seria precursor evolutiu dels organismes pluricel·lulars.

Fig3 colonies paenibacillus

Figura 3. Colònies de Paenibacillus dendritiformis, de 6 cm diàmetre cadascuna, morfotips ramificat (esquerra) i quiral (dreta). Tret de Wikipedia Creative Commons.

S’ha demostrat la colonització de les arrels de les plantes per aquests bacteris, i que ho fan mitjançant la formació de biofilms (Figura 4). La inoculació d’aquests bacteris a les arrels promou el creixement, com veiem en les pebroteres de la Figura 5. Sembla que això seria degut per un costat a la fixació bacteriana de nitrogen, que augmenta la formació de proteïnes vegetals i també de clorofil·la, amb la qual cosa augmenten les activitats fisiològiques i la fotosíntesi. I per un altre costat, s’ha vist que aquests bacteris produeixen sideròfors que faciliten la captació de Fe per a la planta (Lamsal et al 2012).

Fig4 root tip PaeniFigura 4. Colonització de Paenibacillus polymyxa i formació de biofilm sobre arrel d’Arabidopsis thaliana. Adaptat de Timmusk et al 2005.

40(4) 07.fmFigura 5. Efecte promotor del creixement de pebroteres (Capsicum annuum) per inoculació de Bacillus subtilis (AB17) i de Paenibacillus polymyxa (AB15), respecte al control sense inocular. Tret de Lamsal et al. 2012.

D’altra banda, bacteris com aquests Paenibacillus poden ser eficaços contra patògens de vegetals. Per exemple, s’ha demostrat que una soca de P. lentimorbus (B-30488r) redueix la incidència de la malaltia que el fong Alternaria solani li fa a la tomaquera. S’ha comprovat (Figura 6) que després d’inocular  Paenibacillus a la planta infectada amb Alternaria, s’indueix una resistència al fong en la planta, el bacteri degrada les parets cel·lulars del fong i a més l’inhibeix per competència de nutrients. A més, s’ha comprovat que Paenibacillus no té cap efecte negatiu sobre la població microbiana de la rizosfera del tomàquet (Khan et al 2012). Aquests tractaments són una bona alternativa a l’ús de fungicides, donat els problemes ambientals i de salut d’aquests compostos.

Microsoft Word - Fig. 6Figura 6. Esquema de la influència de Paenibacillus lentimorbus B-30488r en les interaccions de la tomaquera amb el fong patogen Alternaria solani (Khan et al 2012).

Finalment, aquests Paenibacillus també poden ser útils per evitar la transmissió de patògens humans com Salmonella a través de les plantes de conreu. Efectivament, a la costa Est dels USA fa uns anys es van detectar brots de Salmonella als tomàquets, degut a contaminació de les aigües de reg. Quan es van analitzar els microbiomes presents a les arrels d’aquests tomàquets i es van comparar amb els d’altres llocs sense Salmonella on també hi havia hagut contaminació, es va veure que aquests tomàquets de la costa Est no tenien Paenibacillus, que sí que hi eren als altres llocs. Amb això, van recòrrer a inocular els tomàquets amb diversos Paenibacillus i van comprovar que Salmonella desapareixia. De les diverses soques inoculades, en van seleccionar una de més eficaç, P. alvei TS-15, per a la qual es va obtenir una patent com a agent biocontrol de patògens humans d’origen alimentari (Brown et al. 2012).

Així doncs, els coneixements de la microbiota del sòl i les múltiples formes d’interrelacions entre microorganismes i plantes porten a trobar noves estratègies d’utilització de microbis “bons” per prevenir problemes de transmissió de patògens en la seguretat alimentària, i al mateix temps, poden ser una bona alternativa ecològica a l’ús massiu de pesticides.

Bibliografia

Brown EW, Zheng J, Enurach A, The Government of USA (2012) Peanibacillus alvei strain TS-15 and its use in controlling pathogenic organisms. Patent WO2012166392, PCT/US2012/038584

Conniff R (2013) Super dirt. Scientific American 309, sept, 76-79.

Conniff R (2013) Tierra prodigiosa. Investigación y Ciencia 446, nov, 68-71.

García, Sady (2013) Los microorganismos del suelo y su rol en la nutrición vegetal. Simposium Perú “Manejo nutricional de cultivos de exportación”. Slideshare.net

Khan N, Mishra A, Nautiyal CS (2012) Paenibacillus lentimorbus B-30488r controls early blight disease in tomato by inducing host resistance associated gene expression and inhibiting Alternaria solani. Biological Control 62, 65-74

Lamsal K, Kim SW, Kim YS, Lee YS (2012) Application of rhizobacteria for plant growth promotion effect and biocontrol of anthracnose caused by Colletotrichum acutatum on pepper. Mycobiology 40, 244-251.

McSpadden Gardener BB (2004) Ecology of Bacillus and  Paenibacillus spp. in agricultural systems. Phytopathology 94, 1252-1258

Raaijmakers JM, Vlami M, De Souza JT (2002) Antibiotic production by bacterial biocontrol agents. Antonie van Leeuwenhoek 81, 537-547

Sánchez, Manuel. http://curiosidadesdelamicrobiologia.blogspot.com.es/2012/01/la-compania-de-transporte-paenibacillus.html

Timmusk S, Grantcharova N, Wagner EGH (2005) Paenibacillus polymyxa invades plant roots and forms biofilms. Applied and Environmental Microbiology 71, 7292-7300

Viquipèdia: http://ca.wikipedia.org/wiki/Micoriza

Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Paenibacillus_dendritiformis

Les hienes es comuniquen per l’olor gràcies a bacteris simbiòtics

Click here for english:  Hyenas communicate by scent through symbiotic bacteria

La hiena tacada (Crocuta crocuta), també coneguda com a hiena riallera, és l’espècie d’hiena més coneguda i més gran, que habita a l’Àfrica subsahariana. Malgrat que no està considerada en perill d’extinció immediat, els seus nombres cada cop es van reduint més, com tots els altres grans mamífers africans, i el seu nombre total es calcula en uns 40.000 individus, la majoria als parcs nacionals de l’Àfrica oriental, sobretot al Serengeti de Tanzània. A la resta de l’Àfrica occidental i del sud les poblacions en molts casos són inferiors a 1000 individus a cada país, i aïllades unes de les altres, i per tant en perill real d’extinció.

hiena tacadaLa hiena tacada (Crocuta crocuta). Foto: Tophat21 (animalswikia.com)

Ès el mamífer carnívor amb major complexitat de comportament social, semblant a la dels primats cercopitecs (papions i macacos), i degut a això, la seva intel·ligència és comparable a la d’aquests primats i en alguns aspectes, fins i tot a la dels ximpanzés.

Viuen en comunitats, clans, d’uns 40 a 80 individus, i són societats matriarcals: les femelles, que són més grans que els mascles, són les dominants, de tal manera que fins i tot la femella de més baixa categoria és dominant sobre el mascle de més categoria. Potser que les feministes radicals les agafin com a símbol, no ?

Bé doncs, les relacions socials poden tenir a veure amb el manteniment de les jerarquies, o amb la cerca de menjar (cacera o carronya), o amb la reproducció, o amb el control del territori enfront d’altres clans, i es basen en sistemes de comunicació que es manifesten amb múltiples modalitats sensorials, tant de llenguatge corporal com vocalitzacions. D’aquestes, se n’ha registrat un ample ventall de sons (uns 12 diferents), dels quals els més coneguts són una espècie d’udol i sobretot una espècie de riure, d’on li ve el sobrenom de riallera. El llenguatge corporal també és força complex, amb diverses postures i posicions de les orelles, la cua, etc, en ocasions de forma semblant als llops.

Com els primats, les hienes tacades reconeixen els seus congèneres individuals, són conscients que alguns companys de grup poden ser més fiables que d’altres, reconeixen grups familiars aliens i les relacions de rang entre clans propers, i fan un ús adaptatiu d’aquest coneixement en la presa de decisions socials.

La secreció pastosa de les glàndules anals, com a comunicació olfactiva

El títol d’aquesta entrada del blog fa referència a una forma particular de comunicació, però que és molt usual entre aquestes hienes, un senyal de tipus químic, o sigui detectable olfactivament. Es tracta d’un marcatge oloròs amb una secreció pastosa o pasta que les hienes produeixen mitjançant un parell de glàndules sebàcies anals. Aquesta secreció és composta de sèu ric en lípids i cèl·lules epitel·lials descamades. La pasta es dipositada en les tiges d’herba, i produeix una olor a sabó de gran abast que fins i tot els éssers humans poden detectar. Enganxen la pasta en diverses ocasions, com quan hi ha lleons presents, l’enganxen els mascles i els cadells prop dels caus, i amb més freqüència en els seus límits territorials. Sovint, després d’enganxar la pasta, rasquen el terra amb les seves potes davanteres, el que afegeix encara més aromes que provenen de les secrecions de les seves glàndules interdigitals. Els clans marquen els seus territoris o bé amb aquesta pasta o bé defecant en letrines especials situades als límits territorials.

A més a més aquesta secreció pastosa també és part de les salutacions habituals entre els membres del clan, ja que en aquestes salutacions es col·loquen els dos individus en paral·lel i en direccions oposades un de l’altre, aixecant una pota posterior i olorant-se mútuament les zones anogenitals [1].

hienes saludant-seDues hienes tacades saludant-se, olorant-se les glàndules anals. Foto: Tony Camacho, Science Photo Library

L’olor de la secreció pastosa

Els principals constituents volàtils de la secreció són àcids grassos, èsters, hidrocarburs, alcohols i aldehids. El conjunt d’aquests compostos dona una olor agre picant i húmica, que persisteix més d’un mes després que la secreció ha estat dipositada a les tiges d’herba, i que és detectable pel nas humà.

S’ha comprovat que aquesta olor varia segons l’individu, el sexe, i a més segons el clan, de tal manera que hi ha components odorífers de l’olor específics de grup, que estan relacionats amb variacions en els perfils d’àcids grassos de cadena curta (sobretot acètic, propiònic, i butíric) i d’èsters.

Doncs bé, aquests odorants són productes de fermentació bacteriana. Les glàndules odoríferes anals on es produeixen són tèbies, humides, riques en compostos orgànics i majoritàriament anaeròbiques, per la qual cosa són idònies per a la proliferació de bacteris simbiòtics fermentatius.

Comunitats bacterianes simbiòtiques productores de l’olor social de les hienes

Els bacteris utilitzen com a substrats proteïnes i lípids de les glàndules i produeixen els metabòlits odorífers, que són utilitzats pels seus hostes mamífers com a senyals químics. Aquests són diferents segons els individus i sobretot segons els grups perquè les comunitats microbianes simbiòtiques són lleugerament diferents entre clans, són específiques de grup. Les comunitats bacterianes sorgeixen del contacte entre les hienes del mateix clan, que comparteixen el mateix espai i els llocs comuns on dipositen la secreció pastosa. Les hienes sovint marquen un mateix lloc amb la secreció una darrera l’altra, fan un “sobremarcatge”, cosa que afavoreix la transmissió dels bacteris entre membres del mateix clan. A més, les hienes del mateix grup són hostes genèticament semblants i així s’afavoreix una determinada comunitat bacteriana. Encara que el parentesc genètic mitjà entre les hienes d’un clan és baix, és més alt que el corresponent entre clans.

Aquest mecanisme per explicar l’olor social específica de grup també s’ha proposat per a altres mamífers com alguns ratpenats (Eptesicus fuscus, Myotis bechsteinii) i el teixò (Meles meles), però precisament en la hiena tacada ha quedat ben demostrat fa poc en un article publicat per uns científics de Michigan (USA) [2].

Aquests autors han treballat amb les secrecions odoríferes anals d’hienes femelles de la reserva Masai Mara de Kenia. Han comprovat per microscòpia electrònica la presència de bacteris en aquesta secreció.

secreció amb bacterisBacteris en forma de bacils i cocs envoltats per l’entremat de la secreció pastosa, amb gotes de lípids (asterisc) [2].

De les mostres de la secreció pastosa en fou extret el DNA bacterià i els gens del 16S rRNA foren amplificats i seqüenciats, i comparant les seqüències obtingudes amb les dades del GenBank® (base de dades pública de seqüències genètiques, http://www.ncbi.nlm.nih.gov) pogueren identificar els bacteris presents. Els gèneres principals trobats van ser alguns dels grups grampositius d’actinobacteris (Corynebacterium i Propionibacterium) i de firmicutes (Anaerococcus i altres), i alguns gramnegatius del grup dels bacteroides. Si bé els tipus trobats eren més o menys els mateixos als diferents clans d’hienes, les proporcions dels tipus bacterians eren significativament diferents segons el clan.

PropionibacteriumPropionibacterium, imatge colorejada de microscòpia electrònica: Dennis Kunkel Microscopy, Inc./Visuals Unlimited, Inc. Altres espècies d’aquest gènere bacterià productor d’àcid propiònic intervenen també en la producció dels formatges tipus Emmental.

Per tant, aques treball [2], utilitzant tècniques moleculars d’última generació, independents de cultiu i amb seqüenciació, demostra que els bacteris simbiòtics poden ser útils als seus hostes animals augmentant la diversitat de senyals odorífers disponibles, amb variabilitat segons els grups d’hienes.

Importància de les simbiosis

Aquest cas força peculiar és un més de simbiosis de bacteris amb mamífers. Com sabeu, la majoria de mamífers, inclosos nosaltres els humans, convivim amb milions de bacteris, molts d’ells beneficiosos, com la majoria dels que habiten el tracte digestiu o altres parts del cos, el “microbioma” del que avui es parla molt. Els probiòtics que ingerim en algunes llets fermentades contribueixen a mantenir aquestes poblacions de bacteris simbiòtics.

Cada cop hi ha més dades de la importància de les simbiosis en múltiples aspectes dels sers vius, i també com a factor clau en l’evolució. Només cal recordar que ja en l’origen de les primeres cèl·lules eucariotes (fa uns 2000 milions d’anys), la hipòtesi avui dia més versemblant és que fou degut a una simbiosi entre els dos tipus d’organismes procariotes, bacteris i arquees. Alguns milions d’anys després tingueren lloc les dues conegudes endosimbiosis de la cèl·lula eucariota: els bacteris de respiració aeròbica que donaren lloc als mitocondris, i els cianobacteris fotosintètics oxigenogènics que originaren els cloroplasts d’algues i plantes.

Altres simbiosis evolutivament importants foren l’establiment de micorrizes entre els fongs i les plantes, que va permetre la colonització de la terra per aquestes, o la dels bacteris fixadors de nitrogen atmosfèric (Rhizobium) amb les plantes lleguminoses, o tot un grup d’organismes, els líquens, simbiòtics d’alguns fongs amb algues o cianobacteris, que viuen en molts ambients ben diversos i hostils. I molts altres casos de convivència entre espècies ben diferents que obtenen beneficis vivint plegats.

Bona lliçó de l’evolució biológica: de la cooperació sempre s’obtenen beneficis per ambdòs participants.

Bibliografia

[1] Mills, G., H. Hofer (1998) Hyaenas: status survey and conservation action plan. IUCN/SSC Hyena Specialist Group.

[2] Theis, K.R., T.M. Schmidt, K.E. Holekamp (2012) Evidence for a bacterial mechanism for group-speicific social odors among hyenas. Nature Scientific Reports 2, 615.

[  ]  http://en.wikipedia.org/wiki/Spotted_hyena

 

No sé ni cómo te atreves

Fotografía y esas pequeñas cosas de cada día

Pols d'estels

El bloc d'Enric Marco

Life Secrets

For my students

All you need is Biology

Blog professional sobre Biologia · Blog profesional sobre Biología · A professional blog about Biology

Rambles of a PA student

Caffeinated forays into biological imaginings.

Horitzons llunyans

Mirades distants

#4wine

Los vinos son pequeñas historias dentro de una botella y nosotras queremos contarte las nuestras

Vi·moments·persones

Un maridatge a tres bandes

SciLogs: Artificial, naturalmente

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

microBIO

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

RealClimate

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Quèquicom

Coses interessants de ciències de la vida i de la natura, i altres no tan "Bios"

Dionís de viatge a Ítaca

Experiències enoturístiques

%d bloggers like this: