¿Existe un microbioma en el cerebro de los peces, y también en el de los humanos?
(quantamagazine.org)- El hallazgo de comunidades bacterianas vivas en los cerebros de salmones y truchas sanos aporta nueva evidencia a la posibilidad de que también exista un microbioma en el cerebro humano sano
- Un equipo de la University of New Mexico comparó en conjunto el tejido cerebral, la sangre, el intestino y el microbioma de todo el organismo, y redujo la posibilidad de contaminación al retirar la sangre de los capilares cerebrales, repitiendo los experimentos durante 5 años
- Algunas bacterias pudieron haber entrado en etapas tempranas del desarrollo, antes de que la barrera hematoencefálica se formara por completo, y otras tienen rasgos que favorecen atravesarla y evadir al sistema inmune mediante moléculas como las poliaminas
- El microbioma cerebral humano aún no ha sido demostrado, y como es difícil obtener tejido cerebral humano sano sin contaminación, los experimentos con ratones se mencionan como la siguiente vía de verificación
- Si las bacterias realmente residen en el cerebro, incluso en cantidades pequeñas podrían influir en el metabolismo cerebral y en el sistema inmune, lo que podría cambiar la forma de entender la regulación neural
¿Pueden vivir microorganismos en un cerebro sano?
- Las bacterias se encuentran en casi todos los entornos, como respiraderos hidrotermales de aguas profundas, nubes, oídos, boca, nariz e intestino, pero durante mucho tiempo se ha considerado que el cerebro humano está protegido de la mayoría de los invasores externos gracias a la poderosa barrera hematoencefálica
- Durante la última década, los estudios iniciales sobre la posibilidad de un microbioma en cerebros humanos sanos produjeron evidencias contradictorias, y sigue existiendo la limitación de que es difícil obtener tejido cerebral humano sano y libre de contaminación
- Un estudio publicado en Science Advances aporta evidencia sólida de que puede existir un microbioma en el cerebro de peces, que son vertebrados sanos
- Investigadores de la University of New Mexico encontraron comunidades bacterianas en los cerebros de salmones y truchas, y muchas especies tenían adaptaciones que les permitían sobrevivir en el tejido cerebral o atravesar la barrera hematoencefálica
Cómo encontraron bacterias en cerebros de peces
- Irene Salinas se fijó en que la distancia entre la nariz y el cerebro es muy corta, y planteó la hipótesis de que bacterias de la nariz podrían entrar al bulbo olfatorio, que procesa la información olfativa
- El equipo extrajo ADN de los bulbos olfatorios de peces capturados en estado salvaje y de truchas y salmones criados en laboratorio para identificar especies microbianas
- Las muestras podían contaminarse fácilmente con bacterias del laboratorio o con bacterias provenientes de otras partes del cuerpo del pez, por lo que se realizaron varios análisis de control
- También se recolectaron otras regiones del cerebro, intestino, sangre y el microbioma de todo el organismo
- Se retiró la sangre de los capilares cerebrales para comprobar si las bacterias halladas estaban en el propio tejido cerebral
- El experimento se repitió múltiples veces, y el proyecto completo tomó 5 años
- A diferencia de lo que Salinas esperaba, había más bacterias no solo en el bulbo olfatorio sino también en otras partes del cerebro, y al microscopio podían encontrarse células bacterianas en cuestión de minutos
- El equipo confirmó que las bacterias encontradas no estaban en estado latente ni muertas, sino vivas y activas
Rutas para cruzar la barrera hematoencefálica
- Se considera que la barrera hematoencefálica de los vertebrados actúa como un portero que solo deja pasar ciertas moléculas hacia dentro y fuera del cerebro, bloqueando invasores grandes como las bacterias
- El equipo comparó el ADN microbiano obtenido del cerebro con el ADN obtenido de otros órganos y detectó algunas especies que no aparecían en otras partes del cuerpo
- Salinas sugiere que estas especies pudieron haber colonizado el cerebro en etapas tempranas del desarrollo, antes de que la barrera hematoencefálica se formara por completo
- Muchas especies microbianas también se encontraron en todo el cuerpo, y Salinas considera que gran parte del microbioma cerebral de los peces podría originarse en la sangre y el intestino y entrar de manera continua al cerebro
- Algunas bacterias tienen rasgos que facilitan atravesar la barrera
- Pueden producir poliaminas, que pueden abrir y cerrar uniones que funcionan como pequeñas puertas en la barrera
- Pueden producir moléculas que ayudan a evadir la respuesta inmune o a competir con otras bacterias
- Las observaciones al microscopio también captaron imágenes de bacterias en un estado intermedio mientras atravesaban la barrera hematoencefálica
Aún no está claro si las bacterias viven libremente en el cerebro
- Matthew Olm consideró convincentes los datos de que hay microorganismos vivos en cerebros de peces, aunque dijo que originalmente era escéptico respecto al concepto mismo de un microbioma cerebral
- Una interpretación posible es que los microorganismos no vivan libremente dentro del tejido cerebral, sino que estén capturados por células inmunes
- Si las bacterias vivieran de forma libre, podrían regular parte de la fisiología de los peces, así como el microbioma intestinal regula el sistema digestivo y el sistema inmune
- Aunque la fisiología de los peces y la de los humanos es similar en varios aspectos, también hay diferencias importantes, por lo que los resultados en peces no bastan para demostrar un microbioma cerebral humano
El debate sobre el microbioma cerebral humano
- Aunque se han encontrado bacterias en casi todos los sistemas de órganos humanos, para muchos científicos el cerebro ha sido casi una excepción
- Cuando se detectan microorganismos en el cerebro humano, por lo general se relacionan con infecciones activas o con la ruptura de la barrera causada por enfermedades como Alzheimer’s
- En 2013, científicos que estudiaban los efectos neurológicos del HIV/AIDS hallaron rastros genéticos de bacterias tanto en cerebros de personas enfermas como sanas, lo que se convirtió en una evidencia temprana de que podría existir un microbioma cerebral humano incluso sin enfermedad
- Después hubo pocos estudios de seguimiento y las conclusiones no fueron claras
- Olm cree que, como el ADN microbiano está prácticamente en todas partes, es fácil creer erróneamente que hay microorganismos, y que se necesita mucha evidencia para aceptar la existencia de un microbioma cerebral humano
La siguiente vía de verificación y su significado
- Confirmar un microbioma cerebral humano sin causar daño a personas sanas es casi imposible
- Christopher Link propuso repetir el experimento con roedores, y el equipo de Salinas también comenzó a verificarlo en ratones sanos
- Como indicio inicial, parece posible la presencia de microorganismos en el bulbo olfatorio de ratones sanos
- También aparecen indicios a niveles más bajos en el resto del cerebro
- Link afirma que, si hay microorganismos en los peces, no hay razón para pensar que no pueda haber ninguno en humanos o ratones, aunque considera poco probable que existan en niveles similares a los de los peces
- Si realmente existen microorganismos residentes en el cerebro, incluso en pequeñas cantidades podrían influir en el metabolismo cerebral y en el sistema inmune
- Ya se sabe que los microorganismos intestinales producen metabolitos a través del eje intestino-cerebro, y que las neuronas intestinales los detectan, afectando así la actividad cerebral
- La posibilidad de que bacterias dentro del cerebro influyan directamente en la fisiología aún no ha sido demostrada, pero los investigadores están más abiertos a la idea de que también pueda haber microorganismos en cerebros humanos sanos
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
Es interesante que hasta ahora el microbioma cerebral se haya considerado una idea absurda.
Viendo lo que sabemos hoy sobre el microbioma y la microbiología, desde la perspectiva de alguien no especialista, la idea de que la barrera hematoencefálica bloquea el 100% de todas las bacterias parece una suposición más extrema.
Más bien parece más plausible que algunas bacterias sí entren, pero que en general sean comensales.
En particular, órganos tan importantes como el cerebro ni siquiera son accesibles directamente para nuestro sistema inmunitario, y tienen sus propias células que cumplen esa función.
Para que una bacteria cruce la barrera hematoencefálica, primero tendría que estar en la sangre, pero en condiciones normales no hay bacterias en la sangre, y si las hay son atacadas de inmediato.
Las bacterias intestinales son mucho más claras y tienen mucho más sentido.
Sin embargo, eso puede cambiar si una enfermedad u otro problema de salud afecta la integridad de la barrera.
Es fácil imaginar que alguna bacteria, ya sea dañina o beneficiosa, tenga exactamente las proteínas de superficie que podrían interpretarse como una señal de autorización.
Esta reseña/artículo parece cubrir la mayoría de los mecanismos conocidos por los que los patógenos atraviesan la barrera hematoencefálica: https://asm.org/articles/2020/april/how-pathogens-penetrate-...
Cuando aparecen, es en forma de meningitis bacteriana, así que es inevitable que haya escepticismo.
No sé mucho de biología, pero tenía entendido que, en general, que crezcan bacterias dentro del cuerpo se considera algo malo.
Topológicamente, el aparato digestivo puede considerarse como el exterior del cuerpo.
Hace unos años, nuestro equipo hizo lo que creo que fue, para la época, la búsqueda a mayor escala de esto en datos volumétricos de tejido cerebral obtenidos con microscopía electrónica [1].
Creo firmemente que existe bastante un microbioma del sistema nervioso central, pero, spoiler: en esa búsqueda no encontramos evidencia.
Si este estudio te parece interesante, todos los datasets están disponibles gratis en BossDB [2], y alcanzan un tamaño de más de 12 petavóxeles.
Me da mucha curiosidad si los modelos actuales podrían encontrar algo que nosotros pasamos por alto.
[1]: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.07.12.499807v1
[2]: https://bossdb.org
Si estás mirando cortes de cerebro al microscopio, parecería que un bioma se vería bastante rápido; si sigues siendo optimista después de un resultado negativo, imagino que debe haber varias razones por las que podría existir pero ser difícil de detectar.
Incluso entender qué se está buscando lleva mucho tiempo, y literalmente apenas hemos rascado la superficie.
Esa búsqueda debió de haber sido interesante, y creo que al final se encontrará algo.
Michelson-Morley salieron a buscar el éter, y Einstein encontró la teoría de la relatividad.
Sobre todo en tumores que no tienen contacto con el exterior.
Hace dos meses apareció en HN un tema casi igual, y publiqué una pregunta que no tuvo respuesta.
En otro contexto mencioné el “Scariest [Podcast] Episode Yet” de Adam Savage[0], donde recuerdo que Joe DeRisi dijo algo así como que el cerebro y el líquido cefalorraquídeo de una persona sana están “completamente limpios” en cuanto a la presencia de microbioma.
La idea era que si hubiera un microbioma ahí, sería realmente un problema.
Como no especialista, necesito que alguien me explique cómo se puede conciliar eso con frases como “la materia gris está llena de bacterias, virus y hongos”.
[0] https://news.ycombinator.com/item?id=41765112
Luego un periodista usa palabras sensacionalistas como “teeming” sin darse cuenta de que lo que está diciendo no supera ni una verificación básica.
Por razones parecidas, estos artículos se quedan años sin publicarse y no logran pasar la revisión por pares de revistas rigurosas.
Me sorprendió muchísimo que recién en 2023 se haya descubierto toda una membrana delgada que recubre el cerebro y que no conocíamos.
Esa membrana delgada descubierta el año pasado se llama Subarachnoid Lymphatic-like Membrane (SLYM), y al parecer funciona como una barrera protectora que separa el líquido cefalorraquídeo “limpio” del “sucio”.
Hay muchísimo que no sabemos.
https://news.ycombinator.com/item?id=41517059
Pensar que una parte importante de la anatomía cerebral estuvo básicamente escondida a plena vista durante años parece una locura.
Si esto también fuera cierto en humanos, me pregunto qué efecto tendrían los antibióticos sobre el comportamiento.
¿Será así como las personas desarrollan enfermedades mentales?
Es un tema realmente interesante; ojalá reciba el financiamiento de investigación que necesita.
En todas las partes de nuestro cuerpo hay virus y hongos dispersos, y si se mira con suficiente detalle, también habría bacterias
Puede que simplemente sean difíciles de detectar porque la concentración es baja
Podría ser contaminación accidental que el cuerpo está eliminando
Si fuera un microbioma, esperaría que hubiera un quórum de especies diverso y bien adaptado, buscando alguna forma de simbiosis
Sin esa evidencia, la biología es cuestión de probabilidades: por azar y estadística, siempre habrá algo ocurriendo en algún lado, pero eso no significa que sea una función
Los virus suelen ser más pequeños y, sin una célula huésped, están completamente inactivos
Las bacterias no solo son más grandes, sino que tienen procesos metabólicos propios y estructuras distinguibles; además, se pueden hacer crecer colonias en cultivo de laboratorio para que sean mucho más visibles
Si ya están identificando virus, encontrar bacterias parece más fácil
Claro, hay virus más grandes que las bacterias más pequeñas de 200 nm, como Mycoplasma, pero en general los virus son más pequeños
¿No hay tipos de amebas que pueden cruzar la barrera hematoencefálica e instalarse en el cerebro?
También hay infecciones por hongos; ¿o estoy pensando en la trama de una película de terror?
Las amebas pueden entrar por la nariz desde agua contaminada
https://en.wikipedia.org/wiki/Naegleriasis
Literalmente se comen el cerebro, así que es algo que definitivamente no querrías experimentar
Entra por la nariz y la lámina cribosa
https://en.wikipedia.org/wiki/Naegleria_fowleri
Soy escéptico, pero existen muchos patógenos bacterianos intracelulares
Tal vez también existan bacterias simbióticas o simbiontes que vivan dentro de las células
Si estuvieran fuera de las células, creo que se verían con más frecuencia en el líquido cefalorraquídeo, que se toma bastante seguido en la práctica médica, y también se habrían detectado con cortes y tinciones histológicas/patológicas comunes
Es imaginable que existan bacterias simbióticas intracelulares pequeñas, casi indistinguibles de orgánulos como las mitocondrias o los lisosomas
Como las mitocondrias alguna vez fueron bacterias, ¿no podría haber otro endosimbionte?
Las mitocondrias tienen ADN circular y una polimerasa similar a la de los fagos, así que quizá los simbiontes secretos también podrían encontrarse mediante estudios de ADN
Ejemplos de patógenos bacterianos intracelulares incluyen Brucella abortus, Listeria spp., Chlamydia spp., Rickettsia spp., Ehrlichia spp., Anaplasma spp., Coxiella spp., Mycobacterium tuberculosis, Salmonella spp., entre otros
¿Qué significa esto para el uso de antibióticos?
¿La barrera hematoencefálica bloquearía los antibióticos?
Los antibióticos son moléculas, y la barrera deja pasar ese tipo de moléculas
El Dr. Salinas es excelente
Lo entrevistaron sobre peces pulmonados en “The Children's Hours” y fue realmente interesante
Su investigación con peces está contribuyendo mucho a entender la inmunología humana