Varios miles de cepas de bacterias viven en el intestino humano. Algunas de ellas están asociadas con enfermedades, mientras que otras tienen efectos beneficiosos sobre la salud humana. Puede resultar difícil determinar la función precisa de cada una de estas bacterias, porque muchas de ellas pueden 'Se cultivará en estudios de laboratorio utilizando tejido humano.
Esta dificultad es especialmente pronunciada para las especies que no pueden vivir en entornos ricos en oxígeno. Sin embargo, los ingenieros biológicos y mecánicos del MIT ahora han diseñado un dispositivo especializado en el que pueden hacer crecer esas bacterias intolerantes al oxígeno en el tejido que replica el revestimiento del colon., lo que les permite sobrevivir hasta cuatro días.
"Pensamos que era realmente importante aportar una herramienta a la comunidad que pudiera usarse para este caso extremo", dice Linda Griffith, profesora de Innovación Docente de la Escuela de Ingeniería en el Departamento de Ingeniería Biológica del MIT. "Demostramos que ustedpueden hacer crecer estos organismos tan exigentes, y pudimos estudiar los efectos que tienen en el colon humano ".
Con este sistema, los investigadores demostraron que podían desarrollar una cepa de bacteria llamada Faecalibacterium prausnitzii, que vive en el intestino humano y protege contra la inflamación. También demostraron que estas bacterias, que a menudo están disminuidas en pacientes con enfermedad de Crohn, aparecenpara ejercer muchos de sus efectos protectores mediante la liberación de un ácido graso llamado butirato.
Griffith y David Trumper, profesor de ingeniería mecánica del MIT, son los autores principales del estudio, que aparece hoy en la revista mediano . Los postdoctorados del MIT Jianbo Zhang y Yu-Ja Huang son los autores principales del artículo.
sensibilidad al oxígeno
El complejo entorno del microbioma del intestino humano es difícil de modelar con animales como los ratones, en parte porque los ratones comen una dieta muy diferente a la de los humanos, dice Griffith.
"Hemos aprendido mucho de los ratones y otros modelos animales, pero hay muchas diferencias, especialmente cuando se trata del microbioma intestinal", dice ella.
La mayoría de las bacterias que viven en el intestino humano son anaeróbicas, lo que significa que no necesitan oxígeno para sobrevivir. Algunas de estas bacterias pueden tolerar niveles bajos de oxígeno, mientras que otras, como F. Prausnitzii , no puede sobrevivir a la exposición al oxígeno, lo que dificulta su estudio en un laboratorio. Algunos investigadores han diseñado dispositivos en los que pueden hacer crecer células del colon humano junto con bacterias que toleran niveles bajos de oxígeno, pero estos no funcionan bien para F. Prausnitzii y otros microbios altamente intolerantes al oxígeno.
Para superar esto, el equipo del MIT diseñó un dispositivo que les permite controlar con precisión los niveles de oxígeno en cada parte del sistema. Su dispositivo contiene un canal que está recubierto con células de la barrera mucosa humana del colon. Debajo de estas células,se bombean nutrientes para mantener vivas las células. Esta capa inferior es rica en oxígeno, pero la concentración de oxígeno disminuye hacia la parte superior de la capa de células mucosas, de manera similar a lo que sucede en el interior del colon humano
Al igual que en el colon humano, las células de barrera en el canal secretan una capa densa de moco. El equipo del MIT demostró que F. Prausnitzii puede formar nubes de células en la capa exterior de este moco y sobrevivir allí hasta cuatro días, en un entorno que se mantiene libre de oxígeno gracias al fluido que lo atraviesa. Este fluido también contiene nutrientes para los microbios
Con este sistema, los investigadores pudieron demostrar que F. Prausnitzii influye en las vías celulares involucradas en la inflamación. Observaron que las bacterias producen un ácido graso de cadena corta llamado butirato, que previamente se ha demostrado que reduce la inflamación. Después de que aumentaron los niveles de butirato, las células de la mucosa mostraron una reducción en la actividad deuna vía llamada NF kappa B. Esta reducción calma la inflamación.
"En general, esta vía se ha reducido, lo que es realmente similar a lo que la gente ha visto en los humanos", dice Zhang. "Parece que las bacterias están desensibilizando las células de los mamíferos para no reaccionar de forma exagerada a los peligros del entorno exterior, por lo queel estado de la inflamación está siendo calmado por las bacterias. "
Los pacientes con enfermedad de Crohn a menudo tienen niveles reducidos de F. Prausnitzii , y se supone que la falta de esas bacterias contribuye a la inflamación hiperactiva observada en esos pacientes.
Cuando los investigadores agregaron butirato al sistema, sin bacterias, no generó todos los efectos que vieron cuando las bacterias estaban presentes. Esto sugiere que algunos de los efectos de las bacterias pueden ejercerse a través de otros mecanismos, que los investigadores esperanpara investigar más a fondo.
Microbios y enfermedades
Los investigadores también planean usar su sistema para estudiar qué sucede cuando agregan otras especies de bacterias que se cree que juegan un papel en la enfermedad de Crohn, para tratar de explorar más a fondo los efectos de cada especie.
También están planeando un estudio, en colaboración con Alessio Fasano, el jefe de la división de gastroenterología y nutrición pediátrica del Hospital General de Massachusetts, para cultivar tejido mucoso de pacientes con enfermedad celíaca y otros trastornos gastrointestinales. Este tejido podría usarse para estudiar microbios-inflamación inducida en células con diferentes antecedentes genéticos.
"Esperamos obtener nuevos datos que muestren cómo los microbios y la inflamación funcionan con los antecedentes genéticos del huésped, para ver si podría haber personas que tengan una susceptibilidad genética a que los microbios interfieran un poco con la barrera mucosamás que otras personas ", dice Griffith.
También espera usar el dispositivo para estudiar otros tipos de barreras mucosas, incluidas las del tracto reproductor femenino, como el cuello uterino y el endometrio.
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU., El Programa SHINE de Boehringer Ingelheim y el Instituto Nacional de Ciencias de la Salud Ambiental.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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