En las tripas de la mente

por Nazareth Castellanos corazón, demencia, Investigación, Neurociencia
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Imagen: Oliver Indri (www.oliverindri.com)

40 trillones de bacterias habitan nuestro cuerpo. Con un peso de más de dos kilos, tienen 150 veces más genes que el propio organismo humano y triplican su número de células. ¿Qué relación guarda este complejo ecosistema con nuestro propio organismo e, incluso, con nuestro comportamiento?

El objeto de estudio de la neurociencia es la biología que sustenta la cognición y la conducta. Suele centrarse en el cerebro, su estructura, funciones, química y actividad electromagnética. Sin embargo, en la última década se está forjando una representación más compleja y en red: el simplismo cerebrocéntrico se tambalea. El descubrimiento de la interacción entre el cerebro y el corazón ha sido uno de los epicentros del terremoto que está sacudiendo la neurociencia (ver artículo en este mismo blog, “El corazón de la mente”). Existe otro epicentro que ya ha tenido gran alcance: la relación entre el intestino y el cerebro.

Hablar de intestino es hablar de su microbiota. Nuestro cuerpo está habitado por millones y millones de bacterias situadas en la boca, faringe, sistema respiratorio, superficie de la piel, tracto urogenital, estómago y sobre todo en el intestino, principalmente en el colon. Los microorganismos que habitan el cuerpo se conocen como microbiota. Hasta hace muy poco se pensaba que eran parásitos que poco tenían que ver con nosotros. Hoy sabemos que no solo intervienen en muy diversos procesos del sistema digestivo, inmune y nervioso sino que además nos transmiten genes que evolutivamente nos han favorecido.

Cuando hace más de 20 años la secuenciación del genoma humano descifró que había un porcentaje de genes de origen bacteriano, se pensó que era un error técnico y se descartó el resultado. Hoy está más que demostrada la transferencia horizontal genética (la vertical es la que viene de nuestros progenitores) entre la microbiota y el ser humano. La microbiota intestinal pesa más de 2 kilos, tiene 150 veces más genes que el genoma humano, hay 10 veces más bacterias que células en nuestro cuerpo y aunque son unas 10 veces más pequeñas que las células, colocadas una tras otra darían la vuelta al mundo casi tres veces. Un universo bacteriano nos habita.

Estos descubrimientos deberían hacernos replantear el concepto de cuerpo humano como ente independiente y autosuficiente. Una de las teorías más bellas de la biología es la teoría de la evolución hologenómica, de Eugene Rosenberg (Rosenberg, 2014), que desarrolló estudiando la dinámica de los corales marinos: Existe una relación dinámica simbiótica entre el coral y su comunidad bacteriana. La microbiota y los seres que la hospedan interaccionan formando un todo llamado holobionte. La interacción entre el genoma del hospedador y su microbiota se conoce como hologenoma. Es decir, existe una interacción simbiótica entre el anfitrión (el cuerpo humano) y el inquilino (la microbiota) de forma que evolucionan conjuntamente. El ser humano es un holobionte.

¿Cómo interactúan las bacterias con nosotros? Se sabía hace tiempo que la microbiota interviene en la digestión y absorción de nutrientes, que forman una barrera contra invasores, y que producen y liberan enzimas necesarias para la síntesis de vitaminas K y D (para una revisión ver Pelaez y Requena, 2017). Pero hace poco se ha visto que influyen en el desarrollo y respuesta del sistema inmune, endocrino y nervioso.

La ya conocida relación entre la microbiota intestinal y el sistema inmune (Forsythe, P. y Bienenstock, 2010,Duerkop et al., 2009) tiene potentísimas implicaciones para la medicina. Por ejemplo, se sabe que la microbiota estimula la producción de citoquinas, proteínas que intervienen en la función y comunicación entre células, y regulan los mecanismos de inflamación. Conocer las vías de acción antiinflamatorias del cuerpo tiene una relevancia especial en la prevención y tratamiento de la demencia, ya que permitiría regular el proceso de neuroinflamación asociado a la enfermedad de Alzheimer, y por tanto, su afección en la función cerebral (Alkasir et al, 2017). Estudios piloto publicados recientemente sitúan a la microbiota intestinal como una de las dianas en la prevención de la demencia.

Otro de los potenciales mecanismos de interacción entre la microbiota intestinal y el cerebro es su papel en la generación de neurotransmisores. Los neurotransmisores, también conocidos como “las bases químicas del pensamiento”, son las moléculas que median la comunicación entre neuronas. La alteración en la abundancia de ciertos neurotransmisores es crucial para alteraciones psiquiátricas y psicológicas. Estudios recientes han desvelado que las bacterias tienen la capacidad de generar muchos de los más importantes neurotransmisores (Lyte, 2011; Matury Eraslan, 2012; Barret et al., 2012).

Por ejemplo, las especies Lactobacillus y Bifidobacterium producen GABA, dopamina y acetilcolina, mediadores en la función motora, la visión, procesos adictivos y sensación de placer, regulación del ciclo vigilia-sueño y consolidación de la memoria. Las bacterias Escherichia, Bacillus y Saccharomyces producen noradrenalina, implicada en la motivación, depresión y ansiedad. La bacteria Candida, Streptococcus, Escherichia y Enterococcus producen serotonina, también conocida como la hormona de la felicidad por su fuerte influencia en el estado de ánimo.

Si las bacterias que componen nuestra microbiota son capaces de regular la generación de los transmisores que median la interacción entre neuronas, podemos decir que la microbiota intestinal influye directamente sobre nuestra conducta y cognición. Experimentos con animales y personas han demostrado que alterando la composición bacteriana se puede modificar la respuesta neuronal. El grupo liderado por Kirsten Tillisch en la Universidad de Los Ángeles fue pionero en estudiar el papel de la microbiota en de la regulación emocional. Sus experimentos evidenciaban que la ingesta de probioticos alteraba la actividad cerebral responsable del procesamiento de la expresión facial (Tillisch et al., 2013, Tillisch, 2014).

La implicación de los probioticos en la conducta social y regulación emocional (Sarkar et al., 2016, Benton et al., 2007; Messaoudi et al., 2011) tiene una esperanzadora implicación para el tratamiento del espectro autista, como ha sido demostrado en modelos animales y en estudios pilotos en niños y adolescentes (Wang et al., 2011. Finegold et al., 2010, Cryan and Dinan, 2012). El grupo liderado por John Cryan de la universidad irlandesa de Cork, es pionero en lo que han bautizado como “la psicología del eje cerebro-intestino-microbiota”. Sus experimentos están asentando las bases de una neurociencia cognitiva y gástrica con fuertes implicaciones para las terapias psicológicas (Allen et al., 2017).

Las investigaciones sobre la influencia de ciertas bacterias sobre la generación de determinados neurotransmisores o su influencia en el sistema inmune es uno de los temas más candentes hoy en día. Pero también es donde se encuentran resultados más contradictorios. La mayoría de los estudios basados en la ingesta de pro o prebióticos son hasta ahora estudios piloto donde el resultado más relevante es quizás mostrar la influencia de la microbiota sobre la función cerebral más que establecer recetas o directrices sobre los beneficios de ciertas dietas. Pero también cabría plantearse que, igual que debemos reconocer la naturaleza interdependiente del ser humano con su microbiota, debemos concebir la microbiota como una red de interdependencias en sí.

Las diferentes poblaciones de bacterias que componen la microbiota están en constante interacción. La relación puede ir desde el parasitismo, donde unas bacterias se benefician de otras, al amensalismo, donde el beneficio de una supone el perjuicio de la otra, o el comensalismo donde unas se benefician de otras sin alterarlas. La microbiota es en sí una red compleja. Ante tal complejidad podemos suponer que alterar la abundancia de una población bacteriana supone la reorganización de toda la red, y es por tanto difícil hablar de efectos específicos sobre uno de los componentes de la microbiota. Estudiar la red de interacciones de los microorganismos que nos habitan y cómo se relacionan con el cuerpo humano es uno de los temas de mayor relevancia para la ciencia hoy en día (Faust and Raes, 2012).

La aceptación científica del intestino como “segundo cerebro” (Gershon, 2005) ha ido acompañada de las fuertes evidencias biológicas ya mostradas, así como de las implicaciones farmacológicas que podría tener. Sin embargo, las evidencias de la interacción entre el campo eléctrico cerebral y el intestinal han sido acogidas por la comunidad científica más discretamente. El grupo de Catherine Tallon-Baudry, que ya demostró la relación eléctrica entre el corazón y el cerebro (Park et al., 2014) ha publicado un estudio recientemente sobre el acople de los ritmos alpha cerebrales y las oscilaciones gástricas (Richter et al., 2017). Y lo que es más sorprendente, muestran mediante un análisis estadístico de causalidad que la modulación va desde intestino a cerebro y no al revés.

Así como la relación entre el corazón y el cerebro todavía no ha alcanzado una masa crítica de publicaciones científicas (a pesar de estar publicadas en revistas de primer orden), los estudios sobre el eje intestino-cerebro se han multiplicado exponencialmente en los últimos años. Esto podría deberse a que dichos trabajos siguen la estela dejada por los enormes avances tecnológicos que han tenido lugar en el campo de la genética, ya que para determinar la composición bacteriana es necesario un análisis de los genes de las bacterias presentes en las heces. El proyecto Genoma Humano nació con la esperanza de descifrar los factores que nos “determinaban” a desarrollar ciertas enfermedades o conductas -expectativas que no se cubrieron-. Actualmente, universidades de Estados Unidos y Europa han aunado esfuerzos para caracterizar nuestra microbiota (https://hmpdacc.org/), con un fin similar al del proyecto Genoma Humano.

A veces, da la sensación de que la microbiota sea el siguiente “culpable” al que responsabilizar de nuestro comportamiento. El filósofo de la ciencia, Phippe Meyer, decía que la biología poco entiende sobre la libertad humana. Esta visión científica determinista relega al ser humano a un papel pasivo dictado por la herencia o influencia de agentes externos. Afortunadamente las cosas son más complejas.

Hemos dicho que la microbiota interacciona con el cuerpo humano modulando el sistema inmune y nervioso, pero también lo hace a través del sistema endocrino: la microbiota se ve afectada por el estrés y el estilo de vida. El impacto fisiológico del estrés se mide mediante la liberación de una sustancia conocida como cortisol, que afecta directamente al intestino (Messaoudi et al., 2011). La influencia de terapias cognitivas, de reducción del estrés (Allen et al., 2016) basadas en mindfulness (Whitebird et al., 2013) y de la educación de estilo de vida (Miller et al., 2015, Bressa et al., 2017) son factores clave para la regulación de la microbiota, y por tanto de la función cerebral, cerrándose así el ciclo entorno-cuerpo-mente.Estos experimentos deben provocar un replanteamiento científico y humanista sobre el papel de la subjetividad y variabilidad interpersonal, la intención y atención, y la relación mente-cuerpo-entorno.

La ciencia se encuentra ante el inabarcable reto de estudiar sistemas complejos que interaccionan de forma compleja entre sí, lo que dificulta y embellece muchísimo las cosas. Pero como individuos, esta complejidad invita a la humildad y el asombro. Lo paradójico es que, cuanto más “conocemos”, más grande se hace el problema.

Referencias

  • Alkasir R, Li J, Li X, Jin M, Zhu H (2017). Human gut microbiota: the links with dementia Development. Protein Cell, 8(2): 902-102.
  • Allen A., Dinan T., Clarke G., Cryan J. (2016). A psychology of the human brain-gut-microbiome axis. Soc Personal Psychol Compass, 11e12309.
  • Barrett, E., Ross, R. P., O’Toole, P. W., Fitzgerald, G. F. & Stanton, C. γ-Aminobutyric acid production by culturable bacteria from the human intestine. J. Appl. Microbiol. 113, 411–417 (2012).
  • Benton, D., Williams, C., & Brown, A. (2007). Impact of consuming a milk drink containing a probiotic on mood and cognition.European Journal of Clinical Nutrition, 61(3), 355–361.
  • Bressa C, Bailén-Andrino M, Pérez-Santiago J, González-Soltero R, Pérez M, Montalvo-Lominchar MG, Maté-Muñoz JL, Domínguez R, Moreno D, Larrosa M. (2016). Differences in gut microbiota profile between women with active lifestyle and sedentary women.PLoS One. 2017 Feb 10;12(2):e0171352. doi: 10.1371/journal.pone.0171352.
  • Cryan, J. F., &Dinan, T. G. (2012). Mind‐altering microorganisms: the impact of the gut microbiota on brain and behaviour.Nature Reviews Neuroscience, 13(10), 701–712.
  • Duerkop, B. A., Vaishnava, S. & Hooper, L. V. Immune responses to the microbiota at the intestinal mucosal surface. Immunity 31, 368–376 (2009).
  • Faust K. and Raes J. (2012). Microbial interactions: from networks to models. Nature reviews microbiology,10: 538.
  • Finegold, S. M., Dowd, S. E., Gontcharova, V., Liu, C., Henley, K. E., Wolcott, R. D., Liu, M. (2010). Pyrosequencing study offecal microflora of autistic and control children. Anaerobe, 16(4), 444–453.
  • Forsythe, P. &Bienenstock, J. Immunomodulation by commensal and probiotic bacteria. Immunol. Invest. 39, 429–448 (2010).
  • Gershon M (2005). The second brain: your gut has a mind of its own.
  • Lyte, M. Probiotics function mechanistically as delivery vehicles for neuroactive compounds: microbial endocrinology in the design and use of probiotics. Bioessays 33, 574–581 (2011).
  • Matur, E. &Eraslan, E. in New Advances in the Basic and Clinical Gastroenterology (ed. Brzozowski, T.) (InTech, 2012).
  • Messaoudi, M. et al. Assessment of psychotropic-like properties of a probiotic formulation (Lactobacillus helveticus R0052 and Bifidobacteriumlongum R0175) in rats and human subjects. Br. J. Nutr. 105, 755–764 (2011).
  • Miller, V., Carruthers, H. R., Morris, J., Hasan, S. S., Archbold, S., &Whorwell, P. J. (2015). Hypnotherapy for irritable bowelsyndrome: An audit of one thousand adult patients. Alimentary Pharmacology & Therapeutics, 41(9), 844–855.
  • Park, H.-D., Correia, S., Ducorps, A., &Tallon-Baudry, C. (2014, March 9). Spontaneous fluctuations in neural responses to heartbeats predict visual detection. Nature Neuroscience. Springer Nature. Retrieved from http://dx.doi.org/10.1038/nn.3671
  • Pelaez C. y Requena T (2017). La microbiota intestinal. CSIC.
  • Richter CG, Babo-Rebelo M, Schwartz D, Tallon-Baudry C (2017). Phase-amplitude coupling at the organism level: The amplitude of spontaneous alpha rhythm fluctuations varies with the phase of the infra-slow gastric basal rhythm.Neuroimage. 2017 Feb 1;146:951-958. doi: 10.1016/j.neuroimage.2016.08.043.
  • Rosenberg, E, Zilber-Rosenberg, I. (2014). The Hologenome Concept: Human, Animal and Plant Microbiota. Springer. ISBN 978-3-319-04241-1
  • Sarkar, A., Lehto, S. M., Harty, S., Dinan, T. G., Cryan, J. F., & Burnet, P. W. (2016). Psychobiotics and the manipulation ofbacteria–gut–brain signals. Trends in Neurosciences, 39(11), 763–781.
  • Tillisch, K. (2014). The effects of gut microbiota on CNS function in humans. Gut Microbes, 5(3), 404–410.
  • Tillisch, K., Labus, J., Kilpatrick, L., Jiang, Z., Stains, J., Ebrat, B., … Mayer, E. A. (2013). Consumption of fermented milk product with probiotic modulates brain activity. Gastroenterology, 144(7), 1394–1401.
  • Wang, L., Christophersen, C. T., Sorich, M. J., Gerber, J. P., Angley, M. T., & Conlon, M. A. (2011). Low relative abundances of the mucolytic bacterium Akkermansiamuciniphila and Bifidobacterium spp. in feces of children with autism. Applied andEnvironmental Microbiology, 77(18), 6718–6721.
  • Whitebird, R. R., Kreitzer, M., Crain, A. L., Lewis, B. A., Hanson, L. R., &Enstad, C. J. (2013). Mindfulness‐based stressreduction for family caregivers: A randomized controlled trial. The Gerontologist, 53(4), 676–686.

Autor: Nazareth Castellanos

Recuerdo que cuando comencé a estudiar e investigar pensaba con ilusión que se podía conocer todo, desde las leyes del mundo a nuestra mente. […]

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3 comentarios

  1. Interesantísimo; para personas como yo, revolucionario. Pero hay antecedentes de que algunos artistas lo sabían. Picasso, hablando de matisse:” Tiene el sol en la tripa” evidentemente, también él lo tenía en la tripa. El ” artista ” que pretende pintar con el cerebro, sólo consigue decorados de una frialdad glacial.

    Enviado por Marta Cardenas 9 marzo, 2018 a las 12:25 pm
  2. Realmente interesante y sesudo,un gran alcance de valoración de nuestro organismo .

    Enviado por Amparo Cerdá Gascó 10 marzo, 2018 a las 4:27 pm
  3. Un tema muy interesante, no hace mucho salió este estudio que apunta que el origen del Parkinson está en el intestino y no en el cerebro: https://www.sciencealert.com/scientists-find-another-sign-that-parkinson-s-starts-in-the-gut-and-not-in-the-brain

    Otro estudio indica que no solo son las bacterias que viven dentro de nosotros, sino las de nuestro entorno (hogar) también son únicas para nosotros y nos acompañan cuando cambiamos de casa: http://science.sciencemag.org/content/345/6200/1048

    Enviado por Norberto 25 abril, 2018 a las 2:05 pm

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