Efectos de Probióticos y Prebióticos en la Microbiota Intestinal de Ratones con Colitis Aguda mediante Secuenciación del Gen 16S rRNA
Introducción
La microbiota intestinal constituye el mayor ecosistema microbiano del cuerpo humano, formando un equilibrio dinámico con el huésped para mantener la estructura intestinal, la homeostasis inmunológica y la resistencia contra patógenos. La disbiosis de este ecosistema está estrechamente vinculada a enfermedades inflamatorias intestinales (EII), incluyendo la colitis ulcerosa (CU). Los modelos de colitis aguda inducidos por sulfato sódico de dextrano (DSS) replican los síntomas de la CU humana, proporcionando una plataforma para estudiar intervenciones terapéuticas. Los probióticos (e.g., Bifidobacterium y Lactobacillus) y prebióticos (e.g., lactitol e inulina) han surgido como moduladores potenciales de la microbiota intestinal, ofreciendo alternativas a los fármacos antiinflamatorios tradicionales con menores efectos secundarios. Este estudio investiga los efectos de probióticos, prebióticos y sus combinaciones en la inflamación y composición microbiana en ratones con colitis aguda inducida por DSS, utilizando secuenciación del gen 16S rRNA.
Métodos
Diseño Experimental
Sesenta ratones machos C57BL/6J (6–8 semanas) se dividieron en seis grupos:
- Control blanco: Sin DSS, sin intervención.
- Control modelo: DSS al 2.5% por 5 días, sin intervención.
- Probióticos: DSS + administración diaria de Lactobacillus acidophilus, L. rhamnosus y Bifidobacterium lactis (1 × 10⁹ UFC/ratón).
- Simbióticos: DSS + probióticos (5 × 10⁸ UFC) combinados con inulina.
- Lactitol: DSS + lactitol (6.6 g/kg/día).
- Probióticos + Lactitol: DSS + media dosis de probióticos (5 × 10⁸ UFC) y lactitol (3.3 g/kg/día).
Tras 5 días de exposición a DSS, las intervenciones se administraron durante 7 días. Los ratones fueron sacrificados y se recolectaron tejidos colónicos para evaluación histopatológica. Muestras fecales y mucosales se analizaron mediante secuenciación del gen 16S rRNA.
Evaluación Histopatológica
La inflamación colónica se puntuó según tres parámetros:
- Severidad de inflamación (0–4: nula a grave).
- Extensión de daño (0–3: mucosa a transmural).
- Daño criptal (0–4: intacto a pérdida completa).
Las puntuaciones se multiplicaron por el porcentaje de tejido afectado (1–4× para 0–25% a 76–100% de afectación).
Análisis de Microbiota
El ADN de muestras fecales y mucosales se secuenció mediante la plataforma MiSeq PE300. Se evaluó la diversidad alfa (índice de especies observadas), análisis de componentes principales (PCA) y perfil taxonómico. Metastats identificó diferencias significativas a nivel de género (abundancia >1%, P < 0.05).
Resultados
Resultados Histopatológicos
Los grupos de intervención mostraron puntuaciones histopatológicas significativamente menores que el control modelo (P < 0.05, Tabla 1). No hubo diferencias estadísticas entre grupos de intervención, indicando eficacia antiinflamatoria comparable.
| Tabla 1: Puntuaciones Histopatológicas | Grupo | Puntuación (Media ± DE) |
|---|---|---|
| Control blanco | 0 | |
| Control modelo | 27.00 ± 7.94 | |
| Probióticos | 5.40 ± 2.79* | |
| Simbióticos | 7.25 ± 2.87* | |
| Lactitol | 7.20 ± 2.86* | |
| Probióticos + Lactitol | 9.33 ± 5.69* |
Comparado con control modelo (P* < 0.05).
Cambios en el Peso Corporal
Todos los grupos expuestos a DSS mostraron pérdida de peso durante la inflamación. Al día 7, el control blanco tuvo un peso significativamente mayor (P = 0.0139), sin diferencias entre grupos de intervención.
Dinámica de la Microbiota Fecal
Línea Base (Heces W0)
No hubo diferencias en diversidad alfa ni clustering de PCA, confirmando microbiota basal uniforme.
Intervención Intermedia (Heces D4)
La diversidad alfa disminuyó en grupos DSS vs. control blanco (P < 0.05). Hallazgos clave:
- Control modelo: Reducción de Lactobacillus (0.0020 vs. 0.0122, P = 0.0188) y aumento de Bacteroides (0.3519 vs. 0.0208, P = 0.0002).
- Probióticos + Lactitol: Incremento de Akkermansia (0.0404 vs. 0.0087, P = 0.0178) y Faecalibacterium (0.2854 vs. 0.0589, P = 0.0215) vs. control modelo.
Post-Intervención (Heces W1)
La diversidad alfa permaneció reducida en grupos DSS. Cambios notables:
- Bacteroides se mantuvo elevado en grupos DSS (ej. control modelo: 0.3679 vs. control blanco: 0.0099, P = 0.0016).
- Lachnospiraceae_NK4A136_group aumentó en grupos de intervención (probióticos: 0.2010 vs. control modelo: 0.0320, P = 0.0352).
- Akkermansia fue mayor en probióticos + lactitol vs. simbióticos (0.0215 vs. 0.0013, P = 0.0315).
Microbiota Mucosa
Las muestras mucosales exhibieron mayor diversidad alfa que las fecales. Diferencias clave:
- Mucispirillum se enriqueció en mucosa (0.0207 vs. 0.0001 en heces, P = 0.0034).
- Akkermansia en grupo lactitol superó al control modelo (0.0138 vs. 0.0055, P = 0.0415), probióticos (0.0138 vs. 0.0022, P = 0.0041) y simbióticos (0.0138 vs. 0.0011, P = 0.0034).
- Faecalibacterium disminuyó en control modelo (0.0009 vs. control blanco: 0.0265, P = 0.0131).
Discusión
Efectos Antiinflamatorios
Probióticos y prebióticos redujeron significativamente la gravedad de la colitis, coincidiendo con estudios previos que muestran que Lactobacillus y Bifidobacterium modulan la inmunidad y refuerzan la barrera intestinal. Los efectos sinérgicos de combinaciones no superaron a tratamientos individuales, posiblemente por ajustes de dosis o efectos amplios del lactitol.
Alteraciones Microbianas en Colitis
La colitis por DSS reflejó la disbiosis de la CU humana:
- Expansión de Patobiontes: Bacteroides aumentó, asociado a daño mucosal.
- Depleción de Géneros Beneficiosos: Lactobacillus, Roseburia y Faecalibacterium (productores de butirato) disminuyeron, afectando señalización antiinflamatoria y reparación epitelial.
Rol del Lactitol en la Promoción de Akkermansia
El lactitol enriqueció específicamente Akkermansia, bacteria degradadora de mucina vinculada a función metabólica y de barrera. Su genoma codifica enzimas que metabolizan lactitol, favoreciendo su colonización. El aumento de Akkermansia correlaciona con reducción de endotoxemia e inflamación, sugiriendo que prebióticos dirigidos a taxones específicos mejoran el manejo de colitis.
Microbiota Mucosa vs. Fecal
Las comunidades mucosales difirieron de la flora luminal, destacando adaptaciones microbianas específicas de nicho. Mucispirillum, colonizador de mucus, predominó en mucosa, subrayando la importancia del sitio de muestreo en estudios de microbiota.
Limitaciones y Futuras Direcciones
- Resolución Taxonómica: Análisis a nivel de género limitó información especie-específica.
- Dinámica Temporal: No se monitorearon cambios mucosales durante la intervención.
- Brechas Mecanicistas: Se requiere validación metagenómica/metabolómica para establecer causalidad entre cambios microbianos e inflamación.
Conclusión
Probióticos y lactitol mejoraron la colitis inducida por DSS mediante restauración de géneros beneficiosos (Bifidobacterium, Lactobacillus) y supresión de patobiontes (Bacteroides). El lactitol promovió específicamente Akkermansia, un blanco terapéutico prometedor. Estos hallazgos resaltan el potencial de terapias dirigidas a la microbiota en EII, justificando ensayos clínicos para validar su traslacionalidad.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000000308