Decodificando un diálogo directo entre la microbiota intestinal y el cerebro
Instituto Pasteur / Pascal 14 de abril de 2022
Los subproductos de la microbiota intestinal
circulan en el torrente sanguíneo y regulan los procesos fisiológicos del
huésped, incluida la inmunidad, el metabolismo y las funciones
cerebrales. Científicos del Institut Pasteur (una organización de
investigación socia de la Université Paris Cité), Inserm y el CNRS han
descubierto que las neuronas hipotalámicas en un modelo animal detectan directamente
variaciones en la actividad bacteriana y adaptan el apetito y la temperatura
corporal en consecuencia. Estos hallazgos demuestran que se produce un
diálogo directo entre la microbiota intestinal y el cerebro, un descubrimiento
que podría conducir a nuevos enfoques terapéuticos para abordar trastornos
metabólicos como la diabetes y la obesidad. Los hallazgos se publicarán
en Science el 15
de abril de 2022.
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| © Instituto Pasteur / Pascal Marseaud |
Los científicos se centraron en el
receptor NOD2 (dominio de oligomerización de nucleótidos) que se encuentra
dentro de la mayoría de las células inmunitarias. Este receptor detecta la
presencia de muropéptidos, que son los componentes básicos de la pared celular
bacteriana. Además, previamente se ha establecido que las variantes del
gen que codifica para el receptor NOD2 están asociadas con trastornos
digestivos, incluida la enfermedad de Crohn, así como con enfermedades
neurológicas y trastornos del estado de ánimo. Sin embargo, estos datos
fueron insuficientes para demostrar una relación directa entre la actividad
neuronal en el cerebro y la actividad bacteriana en el intestino. Así lo
reveló el consorcio de científicos en el nuevo estudio.
Usando técnicas de imagen cerebral,
los científicos observaron inicialmente que el receptor NOD2 en ratones se
expresa en neuronas en diferentes regiones del cerebro y, en particular, en una
región conocida como hipotálamo. Posteriormente descubrieron que la
actividad eléctrica de estas neuronas se suprime cuando entran en contacto con
los muropéptidos bacterianos del intestino. "Los muropéptidos en el
intestino, la sangre y el cerebro se consideran marcadores de proliferación
bacteriana", explica Ivo G. Boneca, jefe de Biología y Genética de la
Unidad de Pared Celular Bacteriana del Institut Pasteur (CNRS/Inserm). Por
el contrario, si el receptor NOD2 está ausente, estas neuronas ya no son
suprimidas por los muropéptidos. En consecuencia, el cerebro pierde el
control de la ingesta de alimentos y la temperatura corporal. Los ratones
aumentan de peso y son más susceptibles a desarrollar diabetes tipo 2,
En este estudio, los científicos han
demostrado el asombroso hecho de que las neuronas perciben directamente los
muropéptidos bacterianos, mientras que se pensaba que esta tarea se asignaba
principalmente a las células inmunitarias. "Es extraordinario
descubrir que los fragmentos bacterianos actúan directamente sobre un centro
cerebral tan estratégico como el hipotálamo, que se sabe que gestiona funciones
vitales como la temperatura corporal, la reproducción, el hambre y la
sed", comenta Pierre-Marie Lledo, científico y director del CNRS. de la
Unidad de Percepción y Memoria del Institut Pasteur.
Por tanto, las neuronas parecen
detectar la actividad bacteriana (proliferación y muerte) como un indicador
directo del impacto de la ingesta de alimentos en el ecosistema
intestinal. " La ingesta excesiva de un alimento específico
puede estimular el crecimiento desproporcionado de ciertas bacterias o
patógenos, poniendo en peligro el equilibrio intestinal ", dice
Gérard Eberl, Jefe de la Unidad de Microambiente e Inmunidad del Institut
Pasteur (Inserm).
El impacto de los muropéptidos en las
neuronas hipotalámicas y el metabolismo plantea dudas sobre su papel potencial
en otras funciones cerebrales y puede ayudarnos a comprender el vínculo entre
ciertas enfermedades cerebrales y las variantes genéticas de NOD2. Este
descubrimiento allana el camino para nuevos proyectos interdisciplinarios en la
frontera entre las neurociencias, la inmunología y la microbiología y, en
última instancia, para nuevos enfoques terapéuticos para enfermedades
cerebrales y trastornos metabólicos como la diabetes y la obesidad.
[1] This research unit is also known as the "Genes, Synapses and Cognition Laboratory" (Institut Pasteur/CNRS).
Paris Brain Institute (CNRS/Inserm/Sorbonne Université/AP-HP) also contributed to these findings.
[2] The CNRS unit’s name is the "Integrative and Molecular Microbiology Unit" and the Inserm unit’s name is the "Host-Microbe Interactions and Pathophysiology Unit" (Institut Pasteur/CNRS/Inserm).
Referencia
Bacterial sensing via neuronal Nod2 regulates appetite and body temperature, Science, 15 april 2022
Ilana Gabanyi1,2*, Gabriel Lepousez1, Richard Wheeler3, Alba Vieites Prado4, Antoine Nissant1, Sébastien Wagner1, Carine Mognieu1, Sophie Dulauroy2, Samia Hicham3, Bernadette Polomack2, Florine Verny4, Philip Rosenstiel5, Nicolas Renier4, Ivo Gomperts Boneca3, Gérard Eberl2*†, Pierre-Marie Lledo1*†
1Institut Pasteur, Université Paris Cité, CNRS UMR 3571, Perception and Memory Unit, F-75015 Paris, France.
2Institut Pasteur, Université Paris Cité, INSERM U1224, Microenvironment and Immunity Unit, F-75015 Paris, France.
3Institut Pasteur, Université Paris Cité, CNRS UMR6047, INSERM U1306, Biology and Genetics of the Bacterial Cell Wall Unit, F-75015 Paris, France.
4Sorbonne Université, Paris Brain Institute – ICM, INSERM U1127, CNRS UMR7225, AP-HP, Hôpital de la Pitié Salpêtrière, F-75013 Paris, France.
5Institute of Clinical Molecular Biology, Christian-Albrechts-University and University Hospital Schleswig-Holstein; Campus Kiel, 24105 Kiel, Germany.
*Corresponding authors.
†These authors contributed equally
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