21 agosto 2017

Bacterias intestinales podrían comunicarse con el encéfalo a través del cortisol

Resumen: Los investigadores identifican una relación predictiva entre la serotonina, el cortisol y la microbiota fecal. El estudio proporciona apoyo adicional para los hallazgos previos que implican las bacterias intestinales en los trastornos del espectro autista.

Fuente: Universidad de Illinois.

Los microbios intestinales han estado últimamente mucho en las noticias. Estudios recientes muestran que pueden influir en la salud humana, el comportamiento y ciertos trastornos neurológicos, como el autismo. Pero ¿cómo se comunican con el cerebro? Los resultados de un nuevo estudio de la Universidad de Illinois sugieren una vía de comunicación entre ciertas bacterias intestinales y metabolitos cerebrales, es a través de un compuesto en la sangre conocido como cortisol. E inesperadamente, el hallazgo proporciona un mecanismo potencial para explicar las características del autismo.

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Los investigadores adoptaron un enfoque escalonado, primero identificando las relaciones predictivas entre las bacterias fecales y los metabolitos cerebrales. La imagen de NeuroscienceNews.com es sólo para fines ilustrativos.

"Los cambios en los neurometabolitos durante la infancia pueden tener efectos profundos en el desarrollo cerebral, y es posible que el microbioma -o colección de bacterias, hongos y virus que habitan nuestro intestino- juegue un papel en este proceso", dice Austin Mudd, estudiante de doctorado En el Programa de Neurociencias en U de I. "Sin embargo, no está claro qué bacterias intestinales específicas son más influyentes durante el desarrollo del cerebro y qué factores, si los hay, podrían influir en la relación entre el intestino y el cerebro".

Los investigadores estudiaron lechones de 1 mes de edad, que son notablemente similares a los bebés humanos en términos de su desarrollo intestinal y cerebral. Primero identificaron la abundancia relativa de bacterias en el contenido de las heces y del colon ascendente de los lechones, luego cuantificaron las concentraciones de ciertos compuestos en la sangre y en el cerebro.

"Usar el lechón como un modelo animal traducible para los bebés humanos proporciona una oportunidad única para estudiar aspectos del desarrollo que a veces son más difíciles o éticamente difíciles de recopilar datos sobre los bebés humanos", dice Mudd. "Por ejemplo, en este estudio queríamos ver si podíamos encontrar bacterias en las heces de los lechones que podrían predecir concentraciones de compuestos en la sangre y el cerebro, los cuales son más difíciles de caracterizar en los bebés".

Los investigadores adoptaron un enfoque escalonado, primero identificando las relaciones predictivas entre las bacterias fecales y los metabolitos cerebrales. Encontraron que los géneros bacterianos Bacteroides y Clostridium predijeron mayores concentraciones de mioinositol, Butyricimonas predijo positivamente n-acetilaspartato (NAA), y Bacteroides también predijo mayores niveles de creatina total en el cerebro. Sin embargo, cuando las bacterias del género Ruminococcus eran más abundantes en las heces de los lechones, las concentraciones de NAA en el cerebro eran más bajas.

"Estos metabolitos cerebrales se han encontrado en estados alterados en individuos diagnosticados con trastorno del espectro autista (ASD), sin embargo, estudios previos no han identificado vínculos específicos entre géneros bacterianos y estos metabolitos particulares", señala Mudd.

El siguiente paso fue determinar si estos cuatro géneros bacterianos podrían predecir compuestos en la sangre. "Los biomarcadores de sangre son algo que podemos recoger de un bebé, por lo que es una muestra clínicamente relevante. Sería bueno estudiar el cerebro de un bebé directamente, pero imaginar a los niños es logísticamente y éticamente difícil. Sin embargo, podemos obtener heces y sangre de los niños ", dice Ryan Dilger, profesor asociado en el Departamento de Ciencias Animales, División de Ciencias Nutricionales, y el Programa de Neurociencia en U de I.

Los investigadores encontraron relaciones predictivas entre la microbiota fecal y la serotonina y el cortisol, dos compuestos en la sangre que se sabe están influenciados por la microbiota intestinal. Específicamente, Bacteroides se asoció con niveles más altos de serotonina, mientras que Ruminococcus predijo concentraciones más bajas tanto de serotonina como de cortisol. Clostridium y Butyricimonas no se asociaron fuertemente con ninguno de los compuestos.

Una vez más, dice Mudd, los resultados apoyaron hallazgos anteriores relacionados con el ASD. "Se han descrito alteraciones en la serotonina y el cortisol en el suero, así como en los niveles fecales de Bacteroides y Ruminococcus en individuos con ASD".

Sobre la base de sus análisis iniciales, los investigadores querían saber si había una relación de tres vías entre Ruminococcus, cortisol y NAA. Para investigar esto, utilizaron un enfoque estadístico conocido como "análisis de mediación" y encontraron que el cortisol sérico medía la relación entre la abundancia de Ruminococcus fecal y la concentración de NAA en el cerebro. En otras palabras, parece que Ruminococcus se comunica con y hace cambios en el cerebro indirectamente a través del cortisol. "Este hallazgo de la mediación es interesante, ya que nos da una idea de una forma en que la microbiota intestinal puede estar comunicándose con el cerebro. Puede utilizarse como marco para desarrollar futuros estudios de intervención que apoyen aún más este mecanismo propuesto ", añade Dilger.

"Inicialmente, nos propusimos caracterizar las relaciones entre la microbiota intestinal, los biomarcadores sanguíneos y los metabolitos cerebrales. Pero una vez que examinamos las relaciones identificadas en nuestro estudio, nos llevaron a hallar hallazgos independientes en la literatura sobre el autismo. Seguimos siendo cautelosos y no queremos exagerar nuestros hallazgos sin el apoyo de los ensayos de intervención clínica, pero la hipótesis es que esto podría ser un factor que contribuye a los síntomas heterogéneos del autismo", dice Mudd. Curiosamente, en el tiempo desde que los investigadores escribieron el documento, otras publicaciones también han informado de las relaciones entre Ruminococcus y las medidas de desarrollo del cerebro, apoyando que esto podría ser un área prometedora para la investigación futura.

Dilger agrega: "Admitimos que este enfoque está limitado por sólo usar modelos predictivos. Por lo tanto, el siguiente paso es generar evidencia empírica en un entorno clínico. Así que es importante afirmar que sólo hemos generado una hipótesis aquí, pero es emocionante considerar el progreso que se puede hacer en el futuro basado en nuestra evidencia en el modelo preclínico de cerdos ".

Traducido de:

University of Illinois “Gut Microbes May Talk to the Brain Through Cortisol.” NeuroscienceNews. NeuroscienceNews, 21 August 2017. .

Referencia:

“Serum cortisol mediates the relationship between fecal Ruminococcus and brain N-acetylaspartate in the young pig” by Austin T. Mudd, Kirsten Berding, Mei Wang, Sharon M. Donovan & Ryan N. Dilger in Gut Microbes. Published online July 13 2017 doi:10.1080/19490976.2017.1353849

Resumen

Serum cortisol mediates the relationship between fecal Ruminococcus and brain N-acetylaspartate in the young pig

A dynamic relationship between the gut microbiota and brain is pivotal in neonatal development. Dysbiosis of the microbiome may result in altered neurodevelopment; however, it is unclear which specific members of microbiota are most influential and what factors might mediate the relationship between the gut and the brain. Twenty-four vaginally-derived male piglets were subjected to magnetic resonance spectroscopy at 30 d of age. Ascending colon contents, feces, and blood were collected and analyzed for volatile fatty acids, microbiota relative abundance by 16s rRNA, and serum metabolites, respectively. A mediation analysis was performed to assess the mediatory effect of serum biomarkers on the relationship between microbiota and neurometabolites. Results indicated fecal Ruminococcus and Butyricimonas predicted brain N-acetylaspartate (NAA). Analysis of serum biomarkers indicated Ruminococcus independently predicted serum serotonin and cortisol. A 3-step mediation indicated: i) Ruminococcus negatively predicted NAA, ii) Ruminococcus negatively predicted cortisol, and iii) a significant indirect effect (i.e., the effect of fecal Ruminococcus through cortisol on NAA) was observed and the direct effect became insignificant. Thus, serum cortisol fully mediated the relationship between fecal Ruminococcus and brain NAA. Using magnetic resonance spectroscopy, this study used a statistical mediation analysis and provides a novel perspective into the potential underlying mechanisms through which the microbiota may shape brain development. This is the first study to link Ruminococcus, cortisol, and NAA in vivo, and these findings are substantiated by previous literature indicating these factors may be influential in the etiology of neurodevelopmental disorders.

ABOUT THIS NEUROSCIENCE RESEARCH ARTICLE
Mudd and Dilger’s co-authors include Kirsten Berding, Mei Wang, and Sharon Donovan from the Division of Nutritional Sciences and the Department of Food Science and Human Nutrition at U of I.
Funding: The study was supported by Mead Johnson Nutrition.
Source: Lauren Quinn – University of Illinois
Image Source: NeuroscienceNews.com image is in hte public domain.
Original Research: Full open access research for “Serum cortisol mediates the relationship between fecal Ruminococcus and brain N-acetylaspartate in the young pig” by Austin T. Mudd, Kirsten Berding, Mei Wang, Sharon M. Donovan & Ryan N. Dilger in Gut Microbes. Published online July 13 2017 doi:10.1080/19490976.2017.1353849



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