INTRODUCCIÓN A LA MICROBIOLOGÍA: MICROBIOTA

La Microbiología se puede definir como la ciencia que trata de los seres vivos muy pequeños, concretamente, de aquellos cuyo tamaño se encuentra por debajo del poder resolutivo del ojo humano. Entre las ramas que estudia la microbiología tenemos: bacteriología, micología, virología y parasitología. Esta ciencia no se desarrolló como tal hasta la última parte del siglo XIX. Este largo retraso se debe a que, además del microscopio, fue necesario idear otras técnicas básicas para el estudio de los microorganismos. Durante el siglo XIX, la investigación en torno a dos preguntas inquietantes favoreció el desarrollo de estas técnicas y estableció las bases de la ciencia microbiológica: (1) ¿Existe la generación espontánea? (2) ¿Cuál es la causa de las enfermedades contagiosas? A fines de dicho siglo ambas preguntas fueron contestadas y la Microbiología se estableció firmemente como una ciencia independiente en desarrollo.

Esta es una ciencia biológica extraordinariamente relevante para la humanidad, dado que los microorganismos están presentes en todos los hábitats y ecosistemas de la Tierra, y sus actividades presentan una gran incidencia en numerosos ámbitos de interés:

• Los microorganismos han sido los primeros en aparecer en la evolución, y constituyen seguramente la mayor parte de la biomasa de nuestro planeta. Se calcula que sólo hemos descrito menos del 10% de los microorganismos existentes, por lo que los biólogos tienen una gran tarea por delante para estudiar esta parte de la biodiversidad.
• Las actividades microbianas sustentan los ciclos biogeoquímicos de la Tierra: los ciclos del carbono, del nitrógeno, del azufre o del fósforo dependen de modo fundamental de los microorganismos.
• Las actividades metabólicas microbianas son excepcionalmente variadas, siendo algunas de ellas exclusivas del mundo procariótico. La biolología básica tiene aquí un gran campo de estudio.

EVOLUCIÓN DEL MUNDO MICROBIANO

Los primeros seres que aparecieron en la Tierra se alimentaban de las sustancias orgánicas que se producían constantemente en la atmósfera: eran quimioorganotrofos anaerobios, pues en ese momento no existía en el aire. La competencia por los nutrientes hizo que muchos de ellos se especializaran en realizar procesos de fotosíntesis o de quimiosíntesis, y que surgieran las bacterias fotolitotrofas y las quimiltrofas. Todos las células eucarióticas heredaron la capacidad de realizar la respiración celular y, algunas (algas, vegetales), además, la de hacer la fotosíntesis utilizando el agua como donador de electrones. La presencia de oxígeno originó la capa de ozono, y por ello, los seres vivos pudieron abandonar el agua, pues estaban protegidos por la capa de ozono.

MICROBIOTA

La microbiota es el conjunto de microorganismos (bacterias, hongos, arqueas, virus y parásitos) que reside en nuestro cuerpo, que a su vez pueden diferenciarse en comensales, mutualistas y patógenos. El término microbioma hace referencia a todo el hábitat, incluidos los microorganismos, sus genes, y las condiciones ambientales, pero en la práctica ambos términos se usan indistintamente, confundiendo el sufijo –bioma (comunidad) con el de –oma (conjunto). En cada una de las diferentes localizaciones de nuestro cuerpo, como la piel, las mucosas, el tracto respiratorio, la vagina o el tracto digestivo podemos encontrar ecosistemas microbianos complejos y adaptados a las particularidades de cada nicho. De todos ellos, el más complejo, diverso y numeroso es el asociado al aparato digestivo, particularmente en el ciego donde la densidad de microorganismos es la mayor que hay en nuestro cuerpo.

Estas comunidades tienen un comportamiento simbiótico y mutualista con las células eucariotas humanas, son imprescindibles para el correcto funcionamiento de nuestro cuerpo, mantienen un importante diálogo con el sistema inmune y tienen funciones homeostáticas que condicionan nuestra salud. Numerosas evidencias científicas han implicado al microbioma intestinal y su potencial metabólico en diversos estados patológicos en los últimos años, originando nuevas estrategias terapéuticas para controlar y regular este ecosistema.

• Microbiota intestinal

En una persona adulta, el tracto gastrointestinal puede albergar entre 500 y 1.000 especies de microorganismos, siendo las bacterias de los filos Bacteroidetes (aprox. 25%) y Firmicutes (aprox. 60%) los mayoritarios. En menor proporción se detectan Proteobacteria, Verrucomicrobia, Fusobacteria, Cyanobacteria, Actinobacteria y Spirochaetes, las arqueas, los hongos, los protozoos, los virus y otros microorganismos. También es importante mantener las proporciones equilibradas, y por ello se ha establecido el ratio Firmicutes/Bacteroides como un parámetro para evaluar el equilibrio de la microbiota intestinal, y su funcionalidad. En los obesos este ratio está muy alterado por el aumento de los Firmicutes. El aumento de Firmicutes también se ha descrito en ancianos de forma fisiológica como consecuencia de la edad.

Las principales funciones de la microbiota intestinal son prevenir la colonización por otros microorganismos patógenos, ayudar a digerir los alimentos, producir vitaminas B y K que el organismo humano no es capaz de sintetizar y, finalmente, y no menos importante, estimular al sistema inmune. Tras el nacimiento, las células del sistema inmune carecen de estímulos, reconociendo a todos los antígenos de su alrededor como parte del organismo y bloqueando la respuesta inflamatoria contra ellos. Es por ello, que los primeros contactos de la microbiota con las líneas celulares inmunológicas sin diferenciar son muy importantes, y van a ayudar a definir lo que es lo “propio” de lo “extraño”. Este sistema y la microbiota intestinal mantienen un diálogo continúo con carácter mutualista, pero si esta situación se desequilibra puede iniciarse un proceso patológico. Esta parece ser la base de ciertas enfermedades autoinmunes donde los antígenos de la microbiota intestinal representan un estímulo suficientemente grande como para desencadenar una respuesta inflamatoria. En otras patologías, como el síndrome metabólico y la obesidad, también se atribuye a la microbiota intestinal el origen del estímulo que origina una respuesta inflamatoria basal continuada.

• Microbiota urinaria y vaginal

En condiciones normales, la microbiota del tracto urinario está formada por un rango muy amplio de 20 a 500 especies bacterianas distribuidas en nueve filos mayoritarios, Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Fusobacteria, Proteobacteria y en menor medida Chloroflexi, Spirochaetes, Synergistetes y Fibrobacteres. La cavidad vaginal puede estar colonizada por más de 280 especies de bacterias, aunque las mayoritarias se agrupan en 25 especies. En particular, la vagina, como todas las mucosas y epitelios expuestos al exterior, alberga una microbiota propia que la protege frente a la colonización por microorganismos indeseables. La microbiota vaginal va evolucionando y cambiando a lo largo de la vida de la mujer con la edad y el estado hormonal, existiendo cambios importantes durante el período menstrual, el embarazo y el puerperio o la menopausia.

Aunque la colonización de la vagina se inicia con el nacimiento, la microbiota es escasa durante la infancia, y es con la primera menstruación, y gracias al aumento de la humedad vaginal y la secreción de nutrientes, cuando empieza a establecerse una microbiota vaginal definitiva. Uno de los primeros estudios en describir la complejidad de la microbiota vaginal usando tecnología de secuenciación masiva analizó 400 mujeres de diferentes etnias en edad fértil identificando hasta 5 comunidades tipo con un predominio claro de las siguientes especies de lactobacilos: Lactobacillus crispatus, Lactobacillus jensenii, Lactobacillus iners y Lactobacillus gasseri.

• Microbiota de la leche materna

Durante mucho tiempo se consideró que la leche de todos los mamíferos era un fluído estéril, excepto cuando procedía de una glándula infectada. Estudios en las últimas décadas han revelado que tanto el calostro como la leche humana son una fuente de microorganismos que colonizan y dominan el intestino del lactante. Las primeras descripciones de la diversidad bacteriana en muestras de leche procedentes de mujeres sanas se realizaron con cultivos microbiológicos, demostrando la presencia de bacterias de los géneros Staphylococcus, Streptococcus, Corynebacterium, Lactococcus, Lactobacillus, Pediococcus, Weissella, Leuconostoc, Enterococcus, Propionibacterium y Bifidobacterium. Estas bacterias constituyen la microbiota endógena de la glándula mamaria durante la lactancia y, por ende, de la leche humana. La secuenciación masiva ha proporcionado una visión complementaria, confirmando la presencia de estafilococos, estreptococos, bacterias lácticas, corinebacterias, propionibacterias o bifidobacterias. En los últimos años también se han evidenciado bacterias anaerobias estrictas de los géneros Faecalibacterium, Eubacterium, Roseburia, Bacteroides o Ruminococcus, típicamente asociadas al ecosistema intestinal.

• Microbiota del tracto respiratorio y de la cavidad oral

El pulmón siempre ha sido considerado como un órgano estéril, pero recientemente se sabe que también tiene una microbiota funcional y estable. La microbiota del tracto respiratorio inferior no ha sido suficientemente estudiada, ya que casi siempre se analiza en el esputo inducido que no es una muestra representativa. La obtención de muestras adecuadas, como son el lavado broncoalveolar o las biopsias de tejido pulmonar, es complicada por utilizar procedimientos invasivos. Tampoco hay suficientes estudios que analicen la variación de la microbiota pulmonar en relación a factores externos ambientales y del propio hospedador. Algunos trabajos han puesto de manifiesto la semejanza en composición de la microbiota del tracto respiratorio inferior con la de la vía respiratoria superior, pero con menor densidad y diversidad. Se han descrito hasta 314 especies diferentes pertenecientes a los filos Bacteroidetes (Prevotella y Bacteroides), Firmicutes (Veillonella, Streptococcus y Staphylococcus), y Proteobacteria (Pseudomonas, Haemophilus, Moraxella, Neisseria y Acinetobacter).

La microbiota de la cavidad oral es particularmente abundante y diversa. Se han descrito hasta, 600 especies en sujetos sanos, distribuidas en 13 filos (Actinobacteria, Bacteroidetes, Chlamydiae, Chloroflexi, Euryarchaeota, Firmicutes, Fusobacteria, Proteobacteria, Spirochaetes, SR1, Synergistetes, Tenericutes, y Candidate division TM7). Las principales características de esta microbiota son la formación de biopelículas y su gran biodiversidad con enriquecimiento de bacterias anaerobias. Hay una predominancia clara del género Streptococcus, pero también se han descrito otros como Actinomyces, Veillonella, Fusobacterium, Porphyromonas, Prevotella, Treponema, Neisseria, Haemophilus, Eubacteria, Lactobacterium, Capnocytophaga, Eikenella, Leptotrichia, Peptostreptococcus, Staphylococcus, y Propionibacterium. Dentro de la boca existen muchos microambientes condicionados por los factores anatómicos (dientes, encías o cavidades), los factores físicos (fricción con los alimentos o existencia de caries) y los factores químicos (pH o saliva).

• Microbiota de la piel

Al igual que ocurre en otras localizaciones, las nuevas técnicas moleculares de secuenciación masiva han descubierto una microbiota presente en la piel con una mayor diversidad que las atribuidas por los cultivos microbiológicos tradicionales. La piel es el órgano humano de mayor tamaño con una superficie de 1,8 metros cuadrados, contiene numerosos microhábitats condicionados por las variaciones anatómicas como los surcos, el vello, las glándulas sudoríparas y sebáceas. De forma general, en la piel se ha descrito una densidad bacteriana formada por al menos 150 especies, siendo predominantes los géneros Corynebacterium, Propionibacterium y Staphylococcus. Es importante diferenciar entre la microbiota habitual de la piel, a la que se denomina como microbiota residente, y la microbiota transitoria que podemos adquirir tras la exposición a superficies contaminadas. Las bacterias de la piel a su vez pueden tener un comportamiento comensal o patogénico. Cada cuatro semanas la piel se renueva al completo, eliminando las células más superficiales mediante descamación, y también bacterias de la microbiota residente.

Para una mejor comprensión del tema, puede revisar el siguiente video y presentación de Slideshare:

REFERENCIAS:

1. Murray, P. Microbiología Médica. 8° edición. Editorial Elsevier.2016.
2. Geo F. Brooks, Janet S. Butel, Stephen A. Morse y Timothy Mieztner. Microbiología Médica.
3. https://concepto.de/microbiologia/
4. http://webdelprofesor.ula.ve/nucleotrujillo/elciv/clases_microbiologia/unidad_1.pdf
5. https://www.fmed.uba.ar/sites/default/files/2020-03/SEMINARIO%201.pdf
6. http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/U1_IntroduccionMicrobiologia_18981.pdf
7. https://fmed.uba.ar/sites/default/files/2019-08/C3%20Clase%203%20Huesped%20Bacteria%20Sordelli_0.pdf
8. https://es.slideshare.net/yerkob/introduccin-a-la-microbiologa-13959937
9. https://www.seimc.org/contenidos/documentoscientificos/procedimientosmicrobiologia/seimc-procedimientomicrobiologia59.pdf