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Los investigadores prueban la estrecha cooperación entre el sistema nervioso y la población bacteriana del cuerpo


Un aspecto central de las ciencias de la vida es explorar la cohabitación simbiótica de animales, plantas y humanos con sus comunidades bacterianas específicas. Los científicos se refieren al conjunto completo de microorganismos que viven sobre y dentro de un organismo huésped como el microbioma. En los últimos años, se ha acumulado evidencia de que la composición y el equilibrio de este microbioma contribuyen a la salud del organismo. Por ejemplo, las alteraciones en la composición de la comunidad bacteriana están implicadas en el origen de varias de las denominadas enfermedades ambientales. Sin embargo, todavía se desconoce en gran medida cómo funciona la cooperación entre el organismo y las bacterias a nivel molecular y cómo el microbioma y el cuerpo actúan exactamente como una unidad funcional.

Un equipo de investigación del Instituto de Zoología de la Universidad de Kiel ha logrado un avance importante para descifrar estas relaciones altamente complejas. Usando el pólipo de agua dulce Hydra como organismo modelo, los investigadores de Kiel y sus colegas internacionales investigaron cómo el sistema nervioso simple de estos animales interactúa con el microbioma. Pudieron demostrar, por primera vez, que las pequeñas moléculas secretadas por las células nerviosas ayudan a regular la composición y la colonización de tipos específicos de bacterias beneficiosas a lo largo de la columna del cuerpo de Hydra. “Hasta ahora, los factores neuronales que influyen en la colonización bacteriana del cuerpo eran en gran parte desconocidos. Hemos podido demostrar que el sistema nervioso juega aquí un papel regulador importante”, enfatiza el profesor Thomas Bosch, biólogo del desarrollo evolutivo y portavoz del Centro de Investigación Colaborativa. 1182 «Origen y función de los metaorganismos», financiado por la Fundación Alemana de Ciencias (DFG). Los científicos publicaron sus nuevos hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza hoy.

El equipo de investigación, dirigido por Bosch, utiliza el pólipo de agua dulce Hydra como organismo modelo para dilucidar los principios fundamentales de la estructura y función del sistema nervioso. Hydra representa una rama antigua evolutiva del reino animal; tienen un plan corporal simple con una red nerviosa de solo unas 3000 neuronas. La aplicación de tecnología experimental moderna a estos organismos que, a pesar de su simplicidad, aún comparten una gran similitud molecular con los sistemas nerviosos de los vertebrados, permitió identificar principios antiguos y, por lo tanto, fundamentales de la estructura y función del sistema nervioso.

Usando este organismo modelo, los investigadores de la Universidad de Kiel abordaron la cuestión de cómo las sustancias mensajeras producidas por el sistema nervioso, conocidas como neuropéptidos, controlan la cooperación y la comunicación entre el huésped y los microbios. Recolectaron evidencia celular, molecular y genética para demostrar que los neuropéptidos tienen actividad antibacteriana que afecta tanto la composición como la distribución espacial de los microbios colonizadores.

Para revelar las conexiones entre los neuropéptidos y las comunidades bacterianas, los investigadores de Kiel primero se concentraron en el desarrollo del sistema nervioso de los pólipos de agua dulce, desde la etapa de huevo hasta un animal adulto. Los cnidarios desarrollan un sistema nervioso completo en unas tres semanas. Durante este tiempo de desarrollo, las comunidades bacterianas que cubren la superficie del animal cambian radicalmente, hasta que finalmente se forma una composición estable del microbioma. Bajo la influencia del efecto antimicrobiano de los neuropéptidos, la concentración de las llamadas bacterias Gram-positivas, un subgrupo de bacterias, disminuye drásticamente durante un período de aproximadamente cuatro semanas. Al final del proceso de maduración, prevalece una composición típica del microbioma, particularmente dominada por bacterias Gram-negativas Curvibacter. Dado que los neuropéptidos se producen particularmente en ciertas áreas del cuerpo solamente, también controlan la localización espacial de las bacterias a lo largo de la columna del cuerpo. Así, en la región de la cabeza, por ejemplo, hay una fuerte concentración de péptidos antimicrobianos, lo que resulta en seis veces menos bacterias Curvibacter que en los tentáculos.

Con base en estas observaciones, los científicos concluyeron que a lo largo del curso de la evolución, el sistema nervioso también participó en un papel de control del microbioma, además de sus tareas sensoriales y motoras. «Los hallazgos también son importantes en un contexto evolutivo. Dado que los ancestros de estos animales inventaron el sistema nervioso, parece que la interacción entre el sistema nervioso y el microbioma es una característica antigua de los animales multicelulares. Dado que el diseño simple de Hydra tiene gran relevancia básica y traslacional y promete revelar características básicas nuevas e inesperadas de los sistemas nerviosos, por lo que la investigación adicional sobre la interacción entre el cuerpo y las bacterias se concentrará más en los aspectos neuronales», dijo Bosch, para resumir la importancia del trabajo.

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