Alimentación cruzada: cómo muchas bacterias descomponen juntas una fibra

Estado saludable

Una fibra rara vez es una cadena simple. La pared celular de una planta es un entramado de celulosa, hemicelulosas como el xilano y pectinas, con cadenas laterales, ramificaciones y muchos enlaces distintos entre los azúcares. Cada tipo de enlace necesita una enzima adecuada. En el intestino delgado, el ser humano solo puede romper casi únicamente almidón y azúcares simples; del resto se encargan las bacterias intestinales. Se reparten el trabajo por etapas: los degradadores primarios rompen las cadenas grandes, los aprovechadores secundarios fermentan los fragmentos a acetato, lactato, succinato e hidrógeno, y los consumidores finales los convierten en butirato Butirato Un ácido graso de cadena corta y la principal fuente de energía de las células de la pared del colon. Refuerza la barrera y frena la inflamación. Más en el capítulo «Butirato y otros ácidos grasos de cadena corta», propionato o metano. Este traspaso se llama alimentación cruzada (cross-feeding). Qué especies clave están en cada punto y cómo alimentarlas se explica en el capítulo sobre las bacterias clave.

Muchos Bacteroides llevan en su genoma un juego de herramientas propio para cada tipo de fibra, un llamado locus de utilización de polisacáridos. Incluye un sensor que reconoce el alimento, proteínas de unión y enzimas en la superficie de la célula, y una puerta por la que los fragmentos entran. El juego se activa cuando llega el alimento adecuado. Los juegos que tiene una especie deciden lo que puede comer: con los fructanos, especies de Bacteroides muy emparentadas se diferenciaban justo en eso, y en ratones predijo qué especie se imponía con una dieta rica en fructanos.

Hasta dónde puede llegar una sola bacteria lo muestra el ramnogalacturonano II, un componente de la pectina de las paredes celulares vegetales y el hidrato de carbono más complejo que se conoce. Contiene 21 enlaces distintos. Bacteroides thetaiotaomicron rompe 20 de ellos por sí solo, con familias de enzimas antes desconocidas y en un orden coordinado, porque algunos enlaces solo quedan accesibles cuando se han quitado las cadenas laterales. Otras fibras necesitan especialistas que no todo el mundo tiene: en un estudio francés, las bacterias que degradan la celulosa cristalina se encontraron sobre todo en personas que producen metano; en las demás, los Bacteroidetes se encargaron de degradar paredes celulares de espinaca. Ruminococcus bromii, por su parte, se ha especializado en el almidón: 15 de sus 21 enzimas de corte pertenecen a una sola familia del almidón, y las agrupa en su superficie en complejos llamados amilosomas.

Al degradar una fibra queda algo para otros, y a menudo no es casualidad. En Bacteroides, algunas enzimas trabajan fuera de la célula o se envían en pequeñas vesículas de membrana. Los fragmentos liberados alimentan a especies que no podrían usar la fibra entera por sí solas. Bacteroides ovatus incluso degrada la inulina fuera de la célula a su propia costa y alimenta así a Bacteroides vulgatus; en ratones le compensó, porque recibió beneficios a cambio. Con el xilano de los cereales, Roseburia intestinalis y Bacteroides se reparten el alimento porque prefieren fragmentos de distinto tamaño: Roseburia absorbe preferentemente trozos de cuatro a cinco unidades. Y Bifidobacterium bifidum degrada los azúcares de la leche materna de forma que otras bifidobacterias comen con ella.

El segundo nivel de la alimentación cruzada son los desechos de la fermentación. Faecalibacterium y Roseburia absorben acetato liberado por otras mientras forman butirato. Anaerobutyricum hallii aprovecha el lactato y además convierte el 1,2-propanodiol, un producto de degradación de ciertos azúcares, en propionato; para ello fabrica su propia vitamina B12, y se encontró en las heces de tres cuartas partes de los adultos estudiados. El hidrógeno, que se forma en casi toda fermentación, lo recogen tres grupos: los reductores de sulfato lo convierten en sulfuro de hidrógeno, las arqueas metanógenas en metano y las bacterias acetógenas en acetato. Los tres conviven en el intestino humano.

También el moco de la pared intestinal se comparte. Akkermansia muciniphila Akkermansia Una bacteria intestinal que vive del moco de la pared intestinal y estimula su renovación. En los estudios, niveles altos suelen ir unidos a un buen metabolismo. Más en el capítulo «La capa de moco y los aditivos» degrada las cadenas de azúcar del moco y libera azúcares y acetato. En cultivos mixtos crecieron con ello Faecalibacterium, Anaerostipes y Anaerobutyricum hallii, que no degradan moco por sí mismas, y formaron butirato. A cambio, A. hallii aportó una forma de vitamina B12 con la que Akkermansia pudo formar propionato. Así puede formarse butirato justo en la pared intestinal aunque no llegue fibra; por ahora solo se ha demostrado en el laboratorio.

Estado alterado: causas y consecuencias

Si falla un eslabón de la cadena, quedan productos intermedios. En el colon sano el lactato se mantiene bajo, porque los consumidores de lactato lo convierten en butirato y propionato. En la enfermedad inflamatoria intestinal Enfermedad inflamatoria intestinal Término que agrupa la enfermedad de Crohn y la colitis ulcerosa: inflamaciones crónicas del intestino, con brotes, que necesitan tratamiento médico. Más en el capítulo «Sistema inmunitario e inflamación», en cambio, puede acumularse mucho. En un modelo de laboratorio de la flora intestinal Microbioma, microbiota intestinal La comunidad de todos los microbios del intestino, sobre todo bacterias, además de virus, hongos y arqueas. La mayoría vive en el colon. Más en el capítulo «Construir diversidad microbiana» humana, el lactato añadido se acumuló sobre todo con un pH ácido de 5,5, el butirato y el propionato bajaron y la composición cambió. Las comunidades con pocos consumidores de lactato eran menos estables desde el principio.

Quien recoge el hidrógeno decide el gas. Si predominan las metanógenas o los reductores de sulfato, se forma más metano o sulfuro de hidrógeno en lugar de acetato. Ambos se relacionan cada vez más con el colon irritable, y el metano en la prueba del aliento se asocia con más frecuencia al estreñimiento. Qué determina el equilibrio entre los tres consumidores de hidrógeno aún no está claro. Más en el capítulo sobre el sulfuro de hidrógeno y el metano.

Compartir se puede aprovechar. En el laboratorio, especies que solo toman fragmentos crecieron a veces más rápido que los degradadores primarios que hacían el trabajo. Por eso algunos degradadores primarios comparten poco: con el manano de levadura, el azúcar de la pared celular de la levadura de panadería y de cerveza, Bacteroides thetaiotaomicron actúa de forma claramente egoísta. Solo corta a grandes rasgos en la superficie y mete los trozos grandes en la célula, de modo que apenas queda nada para otros. Que una fibra alimente a muchas especies o a pocas depende también de quién la alcanza primero.

Si falta el especialista, la fibra se queda sin usar. Sin Ruminococcus bromii, el almidón resistente apenas se fermenta, y la celulosa cristalina solo la pueden degradar unas pocas especies que no todo el mundo tiene. Con una dieta pobre en fibra pueden perderse especies a lo largo de generaciones. Quien apenas reacciona a una fibra quizá tiene una cadena a la que le falta un eslabón; por ahora no se puede comprobar con seguridad.

Una limitación honesta: casi todo lo de este capítulo procede de cultivos puros, cultivos mixtos de pocas especies, modelos de laboratorio y ratones libres de gérmenes. Cómo funcionan realmente estas redes en el colon humano con cientos de especies apenas se ha medido, y ninguna prueba de heces puede reflejarlo hoy. Lo que está asegurado es el principio, no los detalles de una persona concreta.