Peptidoglicanos y funcionalidad gastrointestinal en las aves
La microbiota intestinal modula el desarrollo del tracto gastrointestinal y mejora su morfología, estimulando el desarrollo del sistema inmunitario, con el consiguiente impacto sobre el bienestar de los animales.
La microbiota intestinal interviene en numerosas funciones fisiológicas (Salzman et al., 2007; Lee y Hase, 2014; Marchesi et al., 2016; Round y Mazmanian, 2009) tales como funciones protectoras y estructurales, así como procesos metabólicos.
Además la microbiota intestinal contribuye a una óptima digestión y absorción, a la regulación del metabolismo de la energía, a la prevención de infecciones de las mucosas y a la modulación del sistema inmunitario.
Son numerosos los factores que influyen en la funcionalidad gastrointestinal, incluyendo la microbiota intestinal y su interacción con el hospedador. De hecho, está demostrado que la microbiota intestinal modula el desarrollo del tracto gastrointestinal y mejora su morfología, estimulando el desarrollo del sistema inmunitario, con el consiguiente impacto sobre el bienestar de los animales.
La microbiota está compuesta por bacterias Gram-positivas (G+) y Gram-negativas (G-). Las paredes celulares de estas bacterias están compuestas en diferente proporción por peptidoglicanos (PGN). Estos fragmentos de paredes celulares bacterianos pueden acumularse en el tracto gastrointestinal disminuyendo su funcionalidad, con el consiguiente impacto negativo sobre la digestión y absorción de nutrientes para las aves, así como una limitación y disminución de su desarrollo y crecimiento.
¿QUÉ SON LOS PEPTIDOGLICANOS?
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Se estima que, hasta el 90% del peso seco de las células de bacterias G+ está compuesto por PGN, en comparación con algo menos del 10% en el caso de las bacterias G- (Figura 1) (Malanovic y Lohner, 2016).
Figura 1. Estructura de la pared celular en bacterias Gram + y Gram –.
Químicamente, los peptidoglicanos (PGN), también llamados mureínas, son polímeros de azúcares y aminoácidos que forman la estructura de la membrana plasmáticas de la mayoría de las bacterias. Los azúcares son compuestos formados por β-(1,4) N-acetil glucosamina (NAG) y N-acetil ácido murámico (NAM). El N-acetilmurámico está unido a un tetrapéptido (segmento de 4 aminoácidos) que se caracteriza por poseer D-aminoácidos (Figura 2). La composición del tetrapéptido es ligeramente distinta en G+ y G-.
Los distintos tetrapéptido están conectados entre sí, bien a través de puentes de pentaglicina (pentapéptido formado por 5 glicinas), como ocurre en las G+, bien directamente, como ocurre en las G-, formando estructuras tridimensionales rígidas que conforman las paredes de las células bacterianas, dando la consistencia y permeabilidad necesaria a las mismas.
Figura 2. Estructura de un polímero de peptidoglicano.
BACTERIAS MUERTAS, RESIDUOS BACTERIANOS Y FUNCIONALIDAD GASTROINTESTINAL
El tracto gastrointestinal es uno de los hábitats microbianos más densamente poblados en los animales. Solamente los intestinos de la población mundial de pollos de granja pueden contener aproximadamente 23 megatoneladas de bacterias (Whitman et al., 1998).
Como parte del ciclo vital normal de la microbiota intestinal, tras la muerte de las bacterias los PNG que quedan libres en la luz intestinal pueden limitar o interferir en la digestión y absorción de nutrientes, así como en otras funciones de la fisiología intestinal.
Por tanto, la digestión, el crecimiento y la productividad de las aves se ven afectados de forma negativa.
La biomasa bacteriana “muerta” y los fragmentos bacterianos en el intestino no suelen considerarse en los estudios de fisiología y digestibilidad intestinal, focalizándose únicamente en la porción “viva” del microbioma, a pesar de la influencia de ambas fracciones sobre la fisiología gastrointestinal.
En la Figura 3 se representa la naturaleza relativa de las bacterias vivas y muertas, y los fragmentos bacterianos, en base a los datos disponibles en estudios recientes (Ben-Amor et al., 2005).
Figura 3. Representación gráfica del intestino, indicando las bacterias vivas y muertas y los fragmentos de bacterias muertas.
FRAGMENTOS DE PARED CELULAR BACTERIANA Y PEPTIDOGLICANOS EN INTESTINO
Los residuos y fragmentos bacterianos en el intestino delgado incluyen restos de las principales poblaciones microbianas de las que se compone el microbioma intestinal, como son:
lactobacilos
enterococos
enterobacterias
fusobacterias
eubacterias
que contribuyen a la acumulación de residuos de paredes celulares a lo largo del tracto intestinal. Principalmente las especies anaerobias (Eubacterium spp., Clostridium spp., Lactobacillus spp., Fusobacterium spp.) y Bacteroides son importantes fuentes de residuos en el ciego.
El ácido N-acetil murámico es el punto de conexión para las subunidades péptidas de tres a cinco aminoácidos, que están unidas a otras cadenas de azúcar por puentes péptidos de uno a siete aminoácidos.
Las diferencias específicas de composición en los PGN de diferentes bacterias pueden proporcionar una ‘huella digital’ por clase bacteriana. En general, los PGN de bacterias G- son similares entre las diferentes cepas, mientras que los PGN de bacterias G+ pueden ser muy diversos. Hasta la fecha, se han descrito en la literatura 100 tipos diferentes de PGN.
EL CRECIMIENTO BACTERIANO EXCESIVO AFECTA LA ABSORCIÓN DE NUTRIENTES
Un aumento en la carga bacteriana del microbioma intestinal puede provocar alteraciones, generalmente por aumento de la permeabilidad intestinal y absorción de endotoxinas, amoníaco, D-lactato y PGN de origen bacteriano.
Como consecuencia de un crecimiento excesivo de bacterias en el intestino, ciertas enzimas, sales y ácidos biliares se ven alterados o inactivados por las bacterias, lo que provoca situaciones de malabsorción de grasas, vitaminas liposolubles y carotenoides, entre otros.
Uno de los productos de estas alteraciones es el ácido litocólico (LCA), que tiene baja absorción y cuyo exceso puede ejercer una acción tóxica sobre la mucosa intestinal. La muerte natural como parte del ciclo de vida bacteriano, así como la multiplicación de las bacterias que componen la microbiota generan abundantes cantidades de residuos bacterianos en el tracto gastrointestinal y, por tanto, de PGN.
RESIDUOS EN EL INTESTINO: PEPTIDOGLICANOS DE ORIGEN BACTERIANO
En un estudio realizado in vitro se observó que la proporción de bacterias intactas y residuos celulares bacterianos tiene una proporción de 3,5:1. Esta proporción se redujo de 1,2 a 1 después de 24 horas, y bajó a 0,45 después de 96 horas.
Esto demuestra que la lisis espontánea de bacterias ocurre a medida que pasa el tiempo.
En otro estudio in vivo, la proporción de células bacterianas intactas y residuos celulares presentó diferencias significativas dependiendo de la localización en el tracto gastrointestinal, lo que sugiere que las poblaciones bacterianas más viejas se encuentran en los segmentos del tracto donde la proporción entre bacterias intactas y residuos bacterianos está en el nivel más bajo.
Las bacterias y sus residuos celulares (PGN) se acumulan y cubren la mucosa intestinal pudiendo afectar a la absorción, alterando el equilibrio intestinal y pudiendo llegar a lesionar los enterocitos, lo que supone una mayor permeabilidad intestinal (Figura 4). La excesiva proliferación de bacterias anaerobias es más frecuente cuando hay crecimiento desmesurado de las bacterias intestinales.
Figura 4. Fragmentos de paredes celulares (PGN) depositados sobre las vellosidades intestinales.
Las principales especies bacterianas presentes en el contenido duodenal de animales afectados por un crecimiento excesivo de bacterias intestinales son los coliformes, estafilococos, enterococos, predominando Clostridium y Bacteroides spp.
Además, los microorganismos anaerobios, especialmente los bacteroides, son la principal causa de deconjugación de las sales biliares, acarreando la malabsorción de las grasas.
Diferentes condiciones de salud intestinal que llevan a la malabsorción se asocian, con frecuencia, al crecimiento excesivo secundario de bacterias en el intestino delgado.
LOS DESEQUILIBRIOS ALTERAN LA FUNCIÓN GASTROINTESTINAL
En la luz intestinal, los fragmentos de pared celular bacteriana que contienen PGN pueden ser liberados a partir de bacterias sanas habituales como consecuencia de la división celular.
Se cree que los PGN son absorbidos en la mucosa intestinal ya que existen diversos mecanismos destinados a su eliminación, evitando así que sean perjudiciales para el organismo. Sin embargo, la función gastrointestinal puede verse alterada como consecuencia del desequilibrio entre la producción y la eliminación de dichos residuos celulares. Así, una exposición prolongada e intensa a PGN en el tracto intestinal puede dificultar la función gastrointestinal.
