Los genomas de las bifidobacterias son fundamentales para los probióticos personalizados

Múltiples especies de Bifidobacterium colonizan el intestino humano a lo largo de la vida, y la ingesta de carbohidratos en la dieta juega un papel clave en la configuración de este proceso. Desde los inicios, con la lactancia materna se fomenta el predominio de taxones específicos de Bifidobacterium dentro de la microbiota intestinal neonatal debido a su adaptación evolutiva para metabolizar los oligosacáridos de la leche humana (HMO). El predominio de bifidobacterias en las comunidades intestinales se asocia con múltiples beneficios para la salud, particularmente en la infancia. Precisamente, el tratamiento probiótico suele incluir la administración de este tipo de cepas.

"Las bifidobacterias confieren múltiples propiedades positivas, comenzando por inhibir el crecimiento de bacterias patógenas al competir con ellas por espacio y nutrientes", según el Dr. Aleksandr Arzamasov, investigador postdoctoral asociado en Sanford Burnham Prebys en California (EEUU), participante en una investigación publicada, recientemente, en  'Nature Microbiology' , que constata la capacidad de predecir las adaptaciones nutricionales de las cepas de Bifidobacterium mediante el análisis de la distribución de cientos de genes metabólicos en miles de genomas de Bifidobacterium.

Un primer paso dado por este equipo de científicos fue definir los genes metabólicos que permiten a Bifidobacterium descomponer carbohidratos específicos para crear energía. "Cuando ingerimos alimentos, muchos de los carbohidratos de la dieta no son digeridos por nuestro cuerpo, especialmente las fibras más complejas", explicó el Dr. Arzamasov, autor principal del estudio. "En cambio, van directamente al intestino grueso, donde pueden ser metabolizados por las bacterias intestinales".

Tras analizar manualmente 263 genomas de Bifidobacterium e integrar datos de cientos de estudios publicados previamente, el grupo de investigación reconstruyó 68 vías metabólicas que determinaban si una bacteria podía digerir un carbohidrato específico. Posteriormente, se ampliaron estos hallazgos entrenando un modelo basado en inteligencia artificial para analizar más de 2800 genomas adicionales y predecir la capacidad codificada para digerir cada uno de los 68 glicanos identificados.

El papel de los carbohidratos

Los científicos pusieron a prueba sus predicciones en 30 cepas de Bifidobacterium geográficamente diversas, observando su capacidad de crecimiento al consumir (o no) 43 carbohidratos, correspondientes a las vías de utilización de carbohidratos predichas. Al comparar el crecimiento predicho con el crecimiento real en estos experimentos de validación, la precisión de las predicciones superó el 94 %.

Por tanto, uno de los hallazgos tiene que ver con las diferencias en la utilización de carbohidratos según la ubicación geográfica, la dieta y el estilo de vida. Al mostrar cómo las estrategias del metabolismo de los carbohidratos varían entre las especies de Bifidobacterium y dentro de ellas y cómo están determinadas por factores ecológicos (incluida la edad del huésped, la dieta y el estilo de vida), estos investigadores proporcionan un recurso fundamental para futuras investigaciones y el desarrollo de probióticos personalizados, tal como indican.

"Este conocimiento permite seleccionar las cepas como probióticas candidatas para una situación determinada, y se puede definir con gran precisión qué nutrientes complementarían estas cepas probióticas para guiar el desarrollo racional de suplementos alimenticios y hacerlos aún más eficaces", concluyó el Dr. Arzamasov.