Cómo la microbiota y la mitocondria determinan el estado de la salud y las enfermedades

La relación entre la microbiota y la mitocondria es un área de estudio compleja y fascinante. Sus interconexiones complejas tienen un gran impacto en varios aspectos de la salud humana y de los animales de compañía, ya que influyen tanto en los procesos y desórdenes metabólicos, como en las funciones inmunológicas, las enfermedades neurodegenerativas y el envejecimiento. 

Este artículo analizará de manera breve los roles de la microbiota intestinal y la mitocondria, sus interacciones y sus efectos conjuntos en la salud humana y de los animales de compañía.

La microbiota

La microbiota es el conjunto de microorganismos (microbiota), sus genes y los metabolitos producidos en el microambiente (hábitat) en el que residen y sobre el cuerpo de un organismo (por ejemplo: el tracto intestinal, la boca y la piel).

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La microbiota intestinal, per se, abarca una diversa comunidad de bacterias, virus, hongos y otros microorganismos que habitan en el tracto gastrointestinal. Estos microbios cumplen un rol importante en diversas funciones del cuerpo, incluida la digestión y la absorción de ingredientes, la regulación del sistema inmunitario y la producción de metabolitos primarios. 

Digestión y absorción de nutrientes

Algunas bacterias intestinales producen enzimas que digieren carbohidratos complejos, como la fibra dietaria. Esta fermentación microbiana produce ácidos grasos de cadena corta (AGCC), como el ácido butírico, propionatos y acetato, que le brindan energía a las células del colon, tienen efectos antinflamatorios y ayudan a la regular la glucosa y el metabolismo de los lípidos.

Regulación del sistema inmunitario

La microbiota intestinal cumple un rol fundamental en el desarrollo y la modulación del sistema inmunitario. También, ayuda en el estudio de las células inmunitarias y el mantenimiento de la tolerancia inmunológica mediante la prevención de enfermedades autoinmunes.

Producción de metabolitos

La microbiota intestinal produce una gran cantidad de metabolitos con funciones específicas, como la serotonina y el ácido gamma-aminobutírico, que influye en el estado de ánimo y las funciones cognitivas a través del eje intestino-cerebro. 

Mitocondria

Las mitocondrias (Fig. 1), también conocidas como orgánulos celulares, son organelos de doble membrana responsables de producir trifosfato de adenosina (ATP) mediante la fosforilación oxidativa (producción de energía), en la que intervienen la cadena de transporte de los electrones y la ATP sintasa. La energía producida es fundamental para varias funciones celulares, por ejemplo: la apoptosis, la señalización de calcio, la regulación de los procesos metabólicos y la salud completa de la célula. 

Apoptosis

Las mitocondrias cumplen un rol central en la apoptosis, que se entiende por ser un mecanismo programador de muerte celular fundamental para la mantención de la homeostasis celular y la prevención del cáncer.

Señalización del calcio

Las mitocondrias ayudan a regular los niveles de calcio intracelulares, que son vitales para la contracción muscular, la neurotransmisión y otros procesos de la célula.

Procesos metabólicos

Las mitocondrias son fundamentales para el metabolismo de los carbohidratos, las grasas y las proteínas, ya que convierten estos macronutrientes en energía. 

Balanceo por redox

Las mitocondrias producen especies reactivas de oxígeno (ERO) como subproducto de la fosforilación oxidativa. Si bien las ERO actúan en la señalización del calcio, su exceso puede producir estrés oxidativo y dañar los componentes celulares.

Defensa antioxidante

Las mitocondrias poseen sistemas antioxidantes, como el superóxido dismutasa (SOD, por sus siglas en inglés) y glutatión, para neutralizar las ERO y mantener el balance por redox.

Interconexiones entre la microbiota intestinal y la mitocondria

Estudios recientes revelan interconexiones complejas entre la microbiota intestinal y la mitocondria que destacan su impacto colectivo en la salud (Fig. 2). 

Metabolitos microbianos y la función mitocondrial 

La mitocondria utiliza los ácidos grasos de cadena corta (AGCC), producidos por la bacteria intestinal, para la producción de ATP. El ácido butírico en particular sirve como fuente de energía para los colonocitos y mejoran la función mitocondrial.

Los AGCC activan la transducción de señal que promueve la biogénesis mitocondrial, lo que mejora la función mitocondrial y la producción de energía. 

Inflamación y estrés oxidativo

La disbiosis, un desequilibrio de la microbiota intestinal, produce inflamación crónica y contribuye a la disfunción mitocondrial. Las citoquinas inflamatorias alteran la función mitocondrial y aumentan la producción de ERO y el estrés oxidativo.

El incremento del estrés oxidativo debido a la disfunción mitocondrial puede afectar la integridad de la barrera intestinal y acentuar la permeabilidad intestinal (o 'intestino permeable') y la inflamación sistemática, lo que agrava aún más el daño mitocondrial. 

Eje intestino-cerebro-mitocondria

La bacteria intestinal produce neurotransmisores y otras moléculas señalizadoras que influyen en la función cerebral. Las mitocondrias de las neuronas son cruciales para la liberación de neurotransmisores y la actividad neuronal. 

La disbiosis y la disfunción mitocondrial están implicadas en las enfermedades neurodegenerativas, como las enfermedades de Alzheimer o Parkinson. El eje intestino-cerebro-mitocondria destaca la interdependencia de estos sistemas en el mantenimiento de la salud neurológica.

Eje intestino-hígado-mitocondria 

Al interactuar con la mitocondria, los metabolitos producidos en la microbiota intestinal, que se componen de ácidos grasos de cadena corta y ácidos biliares, contribuyen a la regulación de la homeostasis hepática. La microbiota intestinal puede modificar la función y la dinámica de la mitocondria en el hígado, es decir, el metabolismo, la biogénesis y la homeostasis por redox.

Eje intestino-riñón-mitocondria 

La lesión mitocondrial es el orgánulo subcelular más dañado en la disfunción renal, intestinal y cardiovascular. Su estructura y las anomalías funcionales, incluida la biogénesis mitocondrial deteriorada y el estrés oxidativo, contribuyen al desarrollo y la evolución del síndrome cardiorrenal. 

Impacto conjunto en la salud y las enfermedades

La interacción entre la microbiota intestinal y la mitocondria tiene una profunda inferencia en la salud y las enfermedades. Esta acción conjunta influye en los trastornos metabólicos, las funciones inmunitarias, las enfermedades neurodegenerativas y el envejecimiento.

 
Trastornos metabólicos

La disbiosis puede alterar la energía del metabolismo y promover la obesidad y la resistencia a la insulina. Estas condiciones se ven agravadas por la disfunción mitocondrial debido a la alteración en la producción de ATP y el aumento de estrés oxidativo. 

Los probióticos, prebióticos y las intervenciones dietarias enfocadas en la microbiota intestinal mejoran la función mitocondrial y la salud del metabolismo. Para ilustrar mejor, el aumento en el consumo de la fibra dietaria aumenta la producción de AGCC y ayuda a la salud mitocondrial.

Funciones inmunitarias

La disbiosis y la disfunción mitocondrial contribuyen al desarrollo de enfermedades autoinmunes. La recuperación del equilibro de la microbiota intestinal y la función mitocondrial pueden regular la respuesta inmune y reducir la gravedad de las enfermedades. 

Una microbiota intestinal sana mejora la habilidad del sistema inmunitario para combatir infecciones y, a su vez, ayuda a la función mitocondrial mediante la reducción de la carga de inflamación crónica.

Enfermedades neurodegenerativas

La disbiosis y la disfunción mitocondrial están relacionadas con la patogenia de enfermedades neurodegenerativas.  La regulación de la microbiota intestinal y la mejora de la función mitocondrial brinda potenciales estrategias terapéuticas. 

Mantener la microbiota intestinal sana y una óptima función mitocondrial es fundamental para la salud cognitiva, en especial, en el envejecimiento de la población. 

Envejecimiento

La disfunción mitocondrial y la inflamación crónica (envejecimiento inflamatorio) son marcas distintivas del envejecimiento. La microbiota intestinal influye en estos procesos con la regulación de respuestas inflamatorias y de la salud mitocondrial.

Las estrategias para mejorar la diversidad de la microbiota intestinal y la función mitocondrial, como las intervenciones dietarias y los probióticos, tienen el potencial para promover un envejecimiento saludable y prolongar la esperanza de vida.

Idea final

La microbiota intestinal y la mitocondria están ligadas estrechamente y son fundamentales para mantener una buena salud y prevenir enfermedades. La interacción entre ellas influye en los procesos metabólicos, las funciones inmunitarias, las enfermedades neurodegenerativas y el envejecimiento.

Comprender esta relación abre nuevos enfoques para intervenciones terapéuticas, dirigidas tanto a la microbiota intestinal como a la función mitocondrial. Al aprovechar el poder de la nutrición, los bioactivos funcionales y las modificaciones en el estilo de vida, podemos optimizar estos sistemas para mejorar la salud general y la longevidad de las personas y de los animales de compañía.

By: Juan Gómez Basauri

Source: All Pet Food Magazine