Phytobiotics: Buenos días Mike, gracias por ser nuestro invitado hoy.
Su investigación ha informado sobre la influencia de los alimentos en el sistema inmunológico y la microbiota de los animales de granja. ¿Cómo han influido los resultados de esta investigación en su conocimiento de este importante sistema?
Michael Kogut: Me parece sorprendente que la microbiota intestinal esté tan involucrada en la función del sistema inmunológico, local y sistémicamente, pero juntos la microbiota y el sistema inmunológico regulan gran parte de la fisiología de todo el animal desde el cerebro, el pulmón, el hígado y el músculo. Nuestro trabajo ahora es esencialmente integrar lo que la microbiota está involucrada, lo que produce la microbiota que se puede usar para modular la inmunidad.
Mi laboratorio siempre ha estado involucrado con por qué las cosas funcionan de la manera en que lo hacen. Comprender cómo la microbiota, sus productos y el sistema inmunológico trabajan juntos para regular la fisiología del huésped siempre ha sido más intrigante para mí que describir lo que se encontró si el animal recibió un nutriente o aditivo.
PB: Alimentar el sistema inmunológico tiene un costo. ¿Puede explicar qué mecanismos hacen que este sistema sea costoso para el animal?
MK: El sistema inmunológico necesita energía para funcionar de manera óptima. Los costos de activar la inmunidad innata son bioenergéticamente caros – el desvío de la energía química lejos del mantenimiento de las características fisiológicas. Además, los animales de granja se enfrentan no solo a frecuentes desafíos del sistema inmunológico por infecciones microbianas, sino también a la inflamación intestinal crónica causada por cambios en la dieta y otros factores de estrés ambientales.
Si bien no se conocen las cantidades y los equilibrios de nutrientes necesarios para una respuesta inmune robusta, el sistema inmunitario claramente requiere un suministro continuo de nutrientes que aumenta durante una respuesta. Estas demandas nutricionales probablemente resultan en compensaciones con procesos competitivos como el crecimiento y la reproducción.
PB: ¿Es posible estimar este costo, por ejemplo, para una enteritis subclínica frente a una enteritis grave?
MK: No conozco ningún estudio que haya proporcionado un "costo" financiero para la inflamación, subclínica o clínica. La inflamación crónica de bajo grado induce un desequilibrio entre la disponibilidad y el gasto de energía celular. La inflamación aumenta la necesidad de células inmunes para la generación rápida de energía celular. Para satisfacer esta necesidad, las células inmunes cambian a la glucólisis aeróbica para la producción de energía, una vía menos eficiente pero de acción rápida. La dependencia prolongada de la glucólisis aeróbica conduce a una menor disponibilidad de nutrientes y, por lo tanto, a una menor disponibilidad de energía para la producción de huevos, carne o leche. Para compensar, el cuerpo aumenta el metabolismo de lípidos y proteínas para la producción de ATP.
PB: ¿Cómo interviene la microbiota en la interacción con el sistema inmunitario y el huésped?
MK: El sistema inmunológico coevolucionó junto con una flora intestinal diversa, no solo para crear defensas contra patógenos, sino también para desarrollar tolerancia a microorganismos beneficiosos. Como consecuencia, el sistema inmunitario y la microbiota intestinal desarrollaron una relación mutualista, regulándose mutuamente y cooperando para apoyarse mutuamente. La importancia de esta interacción se destaca por el hecho de que el 70-80% de las células inmunes del cuerpo se encuentran en el intestino. El diálogo entre el sistema inmunitario y la microbiota comienza al nacer o a la eclosión. A medida que el animal crece, la microbiota da forma al desarrollo del sistema inmunológico, y el sistema inmunológico da forma a la composición de la microbiota.
En condiciones normales, el sistema inmunitario promueve el crecimiento de microorganismos beneficiosos y ayuda a mantener una comunidad microbiana estable, mientras que a cambio una microbiota saludable produce metabolitos que apoyan el desarrollo de las células inmunitarias y contribuyen a ajustar las respuestas inmunitarias.
PB: ¿Y cuáles son los efectos de una homeostasis desequilibrada entre el huésped y su microbioma?
MK: La disbiosis ocurre cuando hay una alteración en la composición y/o función de la microbiota que conduce a un desequilibrio entre las bacterias beneficiosas y dañinas, lo que resulta en una respuesta inmune no deseada contra las bacterias comensales. La disbiosis conduce a una reducción de los miembros de la microbiota, lo que lleva a una composición alterada y una menor diversidad. Una disminución en las funciones esenciales que afectan directamente la actividad metabólica, lo que puede privar el huésped de productos finales valiosos, lo que lleva a una peor salud intestinal y un menor rendimiento animal es la consecuencia.
El sistema inmune intestinal reconoce estos cambios en la microbiota y "ataca" a la microbiota como un invasor extraño, lo que resulta en una activación de las células Th17 y la producción de citocinas y quimiocinas proinflamatorias, atrofia de vellosidad, una afluencia de células inflamatorias a la lámina propia, es decir, inflamación.
La disbiosis también interrumpe la resistencia a la colonización, permitiendo que patógenos como Salmonella typhimurium o Clostridium perfringens tengan una "abertura" fisiológica para ser explotados para la colonización. Los patógenos alteran el campo de juego, induciendo inflamación y causando otros cambios fisiológicos (diarrea) que influyen en el ambiente intestinal para promover su propio crecimiento.
Durante la homeostasis, los comensales promueven la inducción de la tolerancia inmune mediante la activación de las células T reguladoras y los macrófagos que detectan directamente productos microbianos o metabolitos.
PB: ¿Hay nutrientes que se necesitan específicamente durante un desafío inflamatorio?
MK: Las respuestas inflamatorias son energéticamente costosas, requiriendo la reasignación de nutrientes (glucosa, aminoácidos, lípidos) para alimentar la activación inmune. Los procesos inflamatorios están asociados con un estrés oxidativo excesivo, una ingesta reducida de alimento y una distribución de energía dirigida a los mecanismos de defensa celular en lugar de ser utilizada para la producción. Además, las vías inflamatorias promueven el catabolismo muscular para proporcionar aminoácidos y sustratos energéticos para las respuestas inmunes. Estos cambios en el metabolismo también explican los efectos perjudiciales sobre el rendimiento y las características de la canal comúnmente asociados con la inflamación crónica, lo que resulta en pérdidas económicas significativas.
PB: ¿Debería considerarse más a fondo el impacto de la nutrición en el sistema inmunitario y la microbiota en futuras formulaciones de alimento?
MK: Las interacciones entre la nutrición, el microbioma y el huésped determinan los procesos fisiológicos cruciales, incluida la inmunidad, las funciones metabólicas y la susceptibilidad a las enfermedades. A diferencia del animal, el microbioma presenta gran plasticidad frente a factores ambientales, es decir, dieta y nutrición. Por lo tanto, es muy posible que las dietas se ajusten para mantener la homeostasis entre el huésped y el microbioma al menor costo posible.
PB: Hablando de perspectivas de futuro – ¿Dónde recomienda que la academia y la industria ganadera concentren las actividades de investigación y desarrollo para manejar esta homeostasis en animales de granja?
MK: Tenemos que empezar a pensar un poco más fuera de la caja; Es decir, romper algunos de los viejos paradigmas. Primero, comience a enfocarse en la función o mecanismo de acción: Comprender la actividad funcional del intestino o secciones del intestino es imperativo antes de que podamos determinar CÓMO lo hacemos. En segundo lugar, necesitamos una mejor comprensión de la ecología microbiana o cómo las poblaciones microbianas trabajan juntas para interactuar con el huésped.
Ahora tenemos las herramientas disponibles, secuenciación de alto rendimiento, metatranscriptómica y metaproteómica, para comenzar a desentrañar estas interacciones para identificar moléculas que se utilizan para comunicarse con el sistema inmune y la microbiota en todas las partes del intestino. Sería tonto creer que lo que está sucediendo en el intestino superior no tiene ningún efecto sobre lo que está sucediendo en el intestino inferior. Hay un momento y un lugar para las pruebas tradicionales de "alimentar y pesar", pero deben venir después de comprender cómo funciona mecánicamente un aditivo o producto químico o tratamiento.
PB: Gracias por la entrevista.
Especialista Michael Kogut, Ph.D., Microbiólogo, Científico Principal, USDA-ARS, Texas, EUA
Mike Kogut es microbiólogo investigador y científico principal en la Unidad de Investigación de Seguridad de Alimentos y Alimentación de la Southern Plains Agricultural Research Center, Estación Universitaria, Texas, EUA.
La investigación de Mike se centra en la salud intestinal de las aves y las interacciones entre el animal, su microbiota intestinal y la dieta. Entre otros temas, Mike investigó específicamente el papel de la microbiota intestinal en la inmunidad y la infección, el impacto de los metabolitos dietéticos en la modulación de las respuestas inmunes, las vías metabólicas subyacentes involucradas en la homeostasis del huésped / microbiota y las intervenciones dietéticas para apoyar y mantener la salud intestinal.
A lo largo de su carrera académica, Mike ha publicado más de 190 artículos revisados por pares, 11 capítulos de libros y ha recibido 5 patentes.
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