La microbiota gastrointestinal (MG) es la comunidad de microorganismos más numerosa y diversa de nuestro cuerpo. Su composición y abundancia cambian a lo largo del tubo digestivo, de tal manera que en el estómago, donde el pH alcanza valores de acidez extremos, apenas habitan unos cientos o miles de microorganismos, mientras que en las plácidas extensiones del intestino delgado y grueso, las poblaciones bacterianas alcanzan números de entre 1011 y 1012 organismos/gr, (Fig. 1).
Fig 1.- Representación esquemática donde se muestra la presencia y abundancia de microorganismos bacterianos, virus y arqueas, en las diversas porciones del Tracto Gastrointestinal humano (TGI).
El tracto gastrointestinal (TGI) de los mamíferos alberga billones de microorganismos, conocidos colectivamente como Microbiota Gastrointestinal (MG) [1]. Se estima que la MG contiene 10 veces más microorganismos que células tiene el huésped. La MG se define como una comunidad ecológica de microorganismos comensales, que viven de forma simbiótica y patógena en el intestino [ 2 ]. La colonización del intestino del recién nacido puede comenzar durante el nacimiento y continúa durante toda la vida [ 3 ]. La MG representa un ecosistema complejo, que consta de numerosos conjuntos diversos de microorganismos como virus, hongos, bacterias, arqueas y fagos, profundamente implicados en diferentes funciones del metabolismo del huésped [ 4 ]. Los filums más abundantes consisten en Firmicutes (64%), Bacteroidetes (23%), Proteobacteria (8%) y Actinobacteria .(3%) [ 5 ]. La MG hace una contribución crucial a la producción de enzimas que no están codificadas por el genoma humano, por ejemplo, la digestión y fermentación de polisacáridos complejos, polifenoles y la síntesis de Vitaminas y Aminoácidos [ 6 ]; la MG es fundamental para el desarrollo humano y la fisiología [ 7 ]; y juega un papel vital en las funciones reguladoras de la salud y la enfermedad [ 8 ]. Se estima que el contenido de genes de la MG es 150 veces superior a los genes del genoma humano.
La composición de la MG difiere de persona a persona y puede fluctuar significativamente dentro de un individuo [ 9 ]. La variación en la composición de la MG podría deberse no solo a diferencias en el genoma del huésped, sino también a factores ambientales, como el uso de antibióticos, el estilo de vida, la higiene y la administración de la dieta [ 10 , 11 ]. Las alteraciones significativas en la composición microbiana intestinal (disbiosis) pueden ser desfavorables y pueden predisponer a una persona a la enfermedad. Por ejemplo, los trastornos agudos y crónicos como la obesidad, la enfermedad inflamatoria intestinal, el síndrome del intestino irritable, la diabetes, el cáncer de colon, la diarrea asociada a antibióticos y el estreñimiento se han asociado con la disbiosis [ 12 , 13 , 14 ].
Los alimentos se consideran un sustrato que contribuye en gran medida al crecimiento de los microorganismos y tiene una influencia significativa en su composición [ 15 ]. En 1980, se propuso que determinados componentes de la dieta podrían promover la proliferación de cepas bacterianas específicas que habitan en el TGI, las cuales están asociadas con el beneficio de la salud del huésped [ 16 ]. La intervención dietética con prebióticos se puede clasificar como una intervención con Fibra Dietética; sin embargo, no todas las fibras pueden considerarse prebióticos [ 17 ]. La modulación dietética de la MG con prebióticos ha demostrado un gran potencial como agente para mejorar y perpetuar una composición microbiana equilibrada para mejorar la salud y el bienestar [ 18 , 19 , 20 , 21].
Prebióticos
Los prebióticos son una clase de compuestos nutricionales categorizados juntos, no necesariamente por afinidad estructural, sino por el potencial para promover el crecimiento y/o la actividad de bacterias beneficiosas específicas (probióticos) en la MG. El concepto de prebióticos entró en reconocimiento gracias a Glenn Gibson y Marcel Roberfroid en 1995 [11]. Un prebiótico se conoce como “un componente alimentario no digerible que influye de manera beneficiosa en el huésped al promover selectivamente el crecimiento y/o la actividad de una o un número restringido de bacterias en el colon y, por lo tanto, mejora la salud del huésped” [ 27].
Los prebióticos requieren cuatro criterios para ser considerados como tales:
1.- resistencia a la hidrólisis por enzimas de mamíferos, acidez gástrica y absorción gastrointestinal;
2.- solo deben ser fermentados por la MG;
3.- inducir efectos sistémicos o luminales que sean beneficiosos para la salud del huésped; y
4.- estimular selectivamente el crecimiento y la actividad de la MG asociados con la salud y el bienestar [28].
Los beneficios para la salud de los prebióticos son diversos e incluyen la modulación inmunitaria a través del aumento de las interleucinas reguladoras inmunitarias y las inmunoglobulinas intestinales específicas; reducción de las interleucinas proinflamatorias [ 29 , 30 ]; y producción de ácidos grasos de cadena corta (AGCC), como acetato, propionato y butirato [ 31 ] (Figura 2).
Los SCFAs, por su sigla en inglés (Short Chain Fats Acid), son ácidos carboxílicos con colas alifáticas de uno a seis carbonos que son producidos por la fermentación anaeróbica de fibras dietéticas en el intestino por la MG [ 32 ]. Los AGCC, en español (acidos grasos de cadena corta), son un indicador importante de la fermentación bacteriana en el colon y se sabe que mejoran la salud intestinal al mantener la integridad de la barrera intestinal [ 33 ], la producción de moco [ 34 ], la protección contra la inflamación y la reducción del cáncer colorrectal, el estreñimiento y la obesidad [ 35 ].
Figura 2.- Mecanismo de acción en la suplementación con Prebióticos
Fig 2: Mecanismo de acción de la suplementación con prebióticos. La administración de prebióticos en una dieta regular, aumenta el crecimiento bacteriano y la funcionalidad de especies o géneros específicos, lo que conduce a la modulación de la MG y muestra un fuerte efecto bifidogénico. Las células caliciformes juegan un papel clave en la producción de moco, que ayuda a proteger la membrana mucosa y formar una capa en el colon que ayuda a reducir la inflamación causada por la interacción bacteriana con las células epiteliales intestinales. La MG modulada, fermenta los prebióticos para formar SCFA (acetato, propionato y butirato), a partir de los cuales se pueden añadir beneficios para la salud. La producción de agentes antimicrobianos y la reducción de los niveles de pH del intestino debido a la suplementación con prebióticos pueden suprimir y restringir el crecimiento de bacterias patógenas, lo que puede tener efectos positivos para la salud.
Entre los abundantes ingredientes alimentarios disponibles, algunos péptidos y proteínas, lípidos particulares y carbohidratos no digeribles son componentes de los prebióticos [ 36 ]. Las estructuras químicas de estos componentes no son absorbidas en la parte superior del TGI ni hidrolizadas por las enzimas digestivas de los humanos. Por lo tanto, estos ingredientes se denominan sustratos colónicos [ 37 ]. En los sustratos para el colon, los carbohidratos no digeribles se encuentran de forma natural y cumplen con todos los criterios de los prebióticos. Estos carbohidratos incluyen polisacáridos sin almidón, almidón resistente y oligosacáridos no digeribles [ 38 ]. Sin embargo, no todos ellos son prebióticos [ 39]. Para ser clasificados como prebióticos, los carbohidratos deben cumplir los siguientes criterios:
(i) son fibras dietéticas con un grado de polimerización (GP) entre tres y nueve [ 40 ], y
(ii) las enzimas endógenas producidas en el intestino delgado no debe hidrolizarlos [ 41 ]. Debe tenerse en cuenta que la fermentación y la solubilidad de la fibra generalmente no se reducen [ 22 ].
Los géneros bacterianos que promueven la salud, como Lactobacillus y Bifidobacterium , proliferan mediante la administración de prebióticos, de modo que los metabolitos fermentados pueden ser fácilmente absorbidos por el intestino de los mamíferos e influir saludablemente en la fisiología del huésped [ 42 ] Figura 2).
Los prebióticos comparten varias características con la Fibra Dietética, entre las que se incluye la resistencia parcial o total a la digestión y fermentación por parte de los microorganismos bacterianos. Debido a su selectividad, los prebióticos destacan la condición clave que se debe demostrar en un experimento in vivo (incluida la MG humanos o animales complejos) utilizando metodologías validadas y relevantes para cuantificar una amplia variedad de especies que componen la MG [ 43 ].
A través de la asimilación característica y selectiva de los prebióticos mediante la fermentación posterior, se produce una producción de SCFA a niveles elevados, que tienen efectos inmunomoduladores y metabólicos en el huésped [ 44 ]. En este caso, también se observa una reducción en el pH intestinal, creando un ambiente que dificulta competitivamente el crecimiento de bacterias patógenas [ 45 ]. Algunos prebióticos previenen la adhesión de la microbiota patógena al TGI imitando un sitio de unión intestinal [ 46 ]
(Figura 2). La aplicación de prebióticos es bien conocida en productos farmacéuticos y para personas con diabetes (como edulcorante natural) [ 47 ]. La gran cantidad de datos científicos sobre los prebióticos se ha centrado en los compuestos asociados con dos grupos químicos principales: los fructooligosacáridos y los galactooligosacáridos [ 48 ]. Pueden derivarse y/o extraerse de fuentes alimenticias como semillas, cereales integrales, legumbres, raíces de achicoria, alcachofas de Jerusalén, cebollas, ajo y algunas verduras [ 49 ], pero en un estudio reciente se descubrió que algunas plantas acuáticas ( algas marinas y microalgas) también contienen prebióticos [ 50].
Los prebióticos incluyen una variedad de formas, como: Polidextrosa (PDX) fructooligosacáridos (FOS), galactooligosacáridos (GOS), oligosacáridos de leche humana (HMO), lactosacarosa, inulina, almidones resistentes (RS), arabinoxilanos (AX), xilooligosacáridos (XOS) y pectina [ 24 ]. Los investigadores han prestado más atención al FOS, a la INU y a la PDX como prebióticos para mejorar la salud humana [ 51 ].
Tabla 1.- Ingesta recomendada de prebióticos
Eficacia de los prebióticos en la composición de la microbiota intestinal: estudios in vivo e in vitro.
Los experimentos realizados sobre la administración de prebióticos han mostrado cambios selectivos en la composición de la MG. Diferentes categorías de prebióticos pueden estimular el crecimiento de varias comunidades bacterianas autóctonas en la MG. La evidencia colectiva de ensayos en modelos animales, estudios en humanos y sistemas de modelado in vitro, ha concluido que afectan la composición de la MG, lo que lleva a la proliferación de organismos que promueven la salud, como las bifidobacterias y los lactobacilos, denominado “Efecto prebiótico” [ 40 , 41 , 42 ].
Los prebióticos tienen propiedades saludables, como el mantenimiento de la integridad intestinal y la homeostasis, la producción de AGCC y la regulación del tránsito gastrointestinal [43].]. De hecho, se ha sugerido que el uso de prebióticos debería tener propiedades saludables para el alivio de enfermedades gastrointestinales como la enfermedad del intestino irritable, la enfermedad de Chron y la colitis ulcerosa [ 44 ].
La estimulación selectiva del crecimiento y/o la actividad de los microorganismos benéficos está potencialmente asociada con la protección de la salud y el bienestar del ser humano. [ 24 , 45 ].
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