Introducción

El microbioma intestinal está compuesto por bacterias, arqueas, virus y organismos eucariotas que residen en el tracto gastrointestinal y que se relacionan con el huésped de manera simbiótica. Por ejemplo, las bacterias en los intestinos producen ácidos grasos de cadena corta (AGCC) que nutren el epitelio intestinal, mientras que el epitelio produce moco que alimenta a las bacterias beneficiosas.

El microbioma intestinal contribuye con las funciones metabólicas, protege contra los patógenos, educa el sistema inmunológico y, a través de estas funciones básicas, afecta directa o indirectamente a la mayoría de nuestras funciones fisiológicas. La serotonina, un neurotransmisor, se produce principalmente en el intestino, lo que ha llevado al desarrollo del concepto de eje intestino-cerebro (1). Un microbioma sano y estable puede actuar simultáneamente como pro y antiinflamatorio, manteniendo un equilibrio para prevenir la inflamación excesiva y al mismo tiempo ser capaz de responder rápidamente a las infecciones (2).

Microbioma de perro sano

Variaciones a lo largo del tracto gastrointestinal

Los estudios que utilizan cultivos bacterianos o métodos moleculares están de acuerdo, lo que demuestra que la abundancia y riqueza de bacterias aumentan a lo largo del tracto (3). Los estudios iniciales con cultivo bacteriológico informaron que las cargas bacterianas en el intestino delgado de perros sanos eran más bajas que el colon, con una carga total que oscilaba a lo largo del tracto gastrointestinal desde 10² a 10¹¹ unidades formadoras de colonias (UFC) por gramo de contenido luminal (4, 5). Los métodos moleculares han permitido la identificación de bacterias no cultivables presentes dentro del tracto gastrointestinal canino, y las estimaciones de la carga microbiana total ahora oscilan entre 10¹² y 10¹⁴, aproximadamente 10 veces el número de células presentes en el huésped (6).

Las comunidades microbianas a lo largo del tracto varían para reflejar el microambiente y las funciones fisiológicas de cada segmento intestinal. Por ejemplo, el intestino delgado alberga una mezcla de bacterias anaeróbicas aeróbicas y facultativas, mientras que el colon está colonizado casi exclusivamente por anaerobios. A lo largo del tracto gastrointestinal, las secuencias bacterianas típicamente pertenecen a uno de los cinco filos: Firmicutes, Fusobacteria, Bacteroidetes, Proteobacteria y Actinobacteria (3, 7).

Las diferencias en la abundancia de taxones a lo largo del tracto gastrointestinal se reflejan en la producción y el consumo de diferentes metabolitos. A lo largo del tracto, la concentración de la mayoría de los metabolitos aumenta o disminuye progresivamente, aunque algunos disminuirán abruptamente al final del íleon, o a veces incluso oscilarán a lo largo del tracto (7). La metabolómica, es decir, el estudio de los metabolitos, es un nuevo campo de investigación que intenta capturar y analizar los intercambios metabólicos entre el huésped y el microbioma. Los datos metabolómicos pueden considerarse complementarios a la metagenómica en el estudio del microbioma intestinal, y permiten a los científicos ir más allá de la pregunta «¿qué microorganismos hay?» a la pregunta quizás más apremiante «¿qué están haciendo?»

A pesar de las variaciones de los taxones a lo largo del tracto gastrointestinal, las muestras de regiones específicas del tracto son difíciles de obtener y, por lo tanto, la mayoría de los estudios clínicos se centran en la microbiota fecal. Las muestras fecales caninas presentan de manera confiable la mayoría de los taxones relevantes, a diferencia de los humanos, en los que los taxones más significativos están estrechamente asociados con la mucosa (8). Esos hallazgos podrían estar relacionados con la anatomía del tracto gastrointestinal canino, más corto que el de los humanos, y con un tiempo de tránsito más rápido, y facilitar el estudio del microbioma intestinal de los perros.

Si bien se observan variaciones en la composición entre diferentes estudios, es importante tener en cuenta que, independientemente de los métodos utilizados, las especies bacterianas clave están constantemente presentes en muestras fecales de perros sanos, lo que indica la presencia de una comunidad bacteriana fecal central. El microbioma fecal de perros sanos está codominado por tres filos: Fusobacterium, Bacteroidetes y Firmicutes (9, 10). Al revisar la literatura, se puede ver una amplia variación en los porcentajes de taxones bacterianos específicos. Es importante recordar que los métodos de secuenciación y análisis de datos están en constante evolución, y gran parte de esas variaciones pueden atribuirse a diferentes métodos de secuenciación y / o análisis de datos. De hecho, incluso diferentes profundidades de secuenciación (es decir, el número de secuencias por muestra) pueden reducir la similitud de los datos, y los nuevos métodos han aumentado significativamente el número de secuencias por muestra que se pueden obtener. Además, existen variaciones individuales en el perfil del microbioma (11, 12) y deben tenerse en cuenta, especialmente al extrapolar los hallazgos de pequeños grupos de muestra.

Dentro de esta comunidad bacteriana central, muchos taxones importantes pertenecen al filo Firmicutes. La clase bacteriana Clostridia está consistentemente dentro de los taxones más abundantes, dominados por tres grupos de Clostridium: IV (por ejemplo, familia Ruminococcaceae, Faecalibacterium prausnitzii), XI (por ejemplo, familia Peptostreptococcaceae) y XIVa (por ejemplo, familia Lachnospiraceae, Blautia spp.) (8, 13, 14). Además de Clostridia, otras clases prevalentes dentro del filo Firmicutes son Bacilli y Erysipelotrichi. La clase Bacilli consiste casi exclusivamente en el orden Lactobacillales, dominado por los géneros Streptococcus y Lactobacillus. La clase Erysipelotrichi comprende principalmente los géneros Turicibacter, Catenibacterium y Coprobacillus (14, 15).

Bacteroidetes es otro filo abundante en muestras fecales de perros, que comprende los géneros Prevotella, Bacteroides y Megamonas (10, 14). Se encontró que los géneros más abundantes, Bacteroides y Prevotella, eran muy variables en abundancia entre los perros. Curiosamente, las abundancias combinadas de Prevotella y Bacteroides parecen estar inversamente relacionadas con la abundancia del filo Fusobacterias, lo que podría indicar que ocupan el mismo nicho (8).

Dentro del filo Fusobacteria, el género Fusobacterium se asocia con perros sanos de control. Curiosamente, en los seres humanos Fusobacterium se asocia con enfermedades gastrointestinales, lo que indica que Fusobacterium desempeña un papel diferente en el tracto gastrointestinal de los perros (8). La abundancia de Fusobacterium aumenta en perros con acceso al aire libre (16), y también se observan niveles más altos de Fusobacterium en otras especies de carnívoros (17-19).

Phyla Proteobacteria y Actinobacteria también se identifican comúnmente. Estos filos son típicamente colonizadores del intestino delgado y en condiciones fisiológicas se presentarán en menor número en muestras fecales. Por ejemplo, los miembros de la familia Enterobacteriaceae (por ejemplo, Escherichia coli) son anaerobios facultativos, lo que les permite aprovechar el oxígeno disponible en el intestino delgado. En muestras fecales su aumento se asocia con muchas enfermedades, como se discutirá más adelante en esta revisión. Las actinobacterias también están asociadas con el intestino delgado e incluyen las familias Corynebacteriaceae (por ejemplo, Corynebacterium spp.) y Coriobacteriaceae (por ejemplo, Collinsella spp.) (7).

El efecto de la dieta

Los perros en su estado natural son carroñeros carnívoros, lo que significa que prosperan con una dieta rica en carne, pero aprovecharán cualquier alimento disponible. En perros, la mayoría de los estudios de microbioma se han basado en dietas extruidas (también conocidas como croquetas), que representan hasta el 95% del mercado de alimentos secos para perros. Tradicionalmente, el proceso de extrusión requiere una alta carga de carbohidratos, que se logra con la inclusión de ingredientes vegetales. Sin embargo, los procesos industriales alternativos han estado disponibles recientemente y un porcentaje del mercado de alimentos para mascotas ahora incluye croquetas con contenido reducido de carbohidratos y mayor contenido de proteínas. También son cada vez más populares las dietas crudas, congeladas o liofilizadas, que generalmente se basan en carne e incluyen porcentajes de carbohidratos bajos a insignificantes.

Varios estudios en diferentes especies han demostrado que la composición de la dieta, especialmente las grandes diferencias de macronutrientes como las que se encuentran en las dietas de carnívoros frente a herbívoros, se refleja en diferentes perfiles de microbioma intestinal. En las especies omnívoras, incluidos los humanos, que pueden tolerar y prosperar en cualquier extremo del espectro, el consumo a corto plazo de dietas compuestas completamente de productos animales o vegetales es suficiente para alterar la estructura de la comunidad microbiana y abrumar las diferencias interindividuales en la expresión génica microbiana (20). En los seres humanos, el consumo de una dieta basada en animales aumenta la abundancia de microorganismos tolerantes a la bilis y disminuye los niveles de Firmicutes, que incluye especies conocidas por metabolizar polisacáridos de plantas dietéticas. En perros, similares a los humanos, los aumentos en el contenido de fibra vegetal en las dietas extruidas conducen a aumentos en la abundancia general de Firmicutes y disminuciones en Fusobacteria y Proteobacteria (9, 21).

Sin embargo, para los perros, el reino de origen de los ingredientes parece ser menos importante que la composición general de macronutrientes. Las dietas extruidas con contenidos similares de macronutrientes, pero preparadas exclusivamente con fuentes vegetales de proteínas, no parecen alterar significativamente el microbioma de los perros en comparación con las dietas extruidas tradicionales (mixtas de animales y vegetales) (22).

Algunos estudios han evaluado el impacto de las dietas crudas a base de carne en el microbioma intestinal de perros sanos en comparación con perros alimentados con croquetas. En un estudio (23), los perros fueron alimentados con dietas caseras de huesos y alimentos crudos (BARF) que consistían en una combinación de carne cruda, órganos, huesos carnosos y verduras. En general, en comparación con el grupo de control alimentado con croquetas, las dietas BARF incluyeron más proteínas y grasas, y menos fibra y carbohidratos. Otro estudio (19) evaluó una dieta de carne roja, que contenía exclusivamente carne bovina, órganos, huesos y un suplemento mineral para cumplir con las pautas de la Asociación Americana de Funcionarios de Control de Alimentos (AAFCO). La dieta de la carne roja contenía más proteínas, pero menos grasa, fibra y carbohidratos que el control de croquetas.

Ambas dietas difirieron significativamente en el contenido de macronutrientes en comparación con las dietas comerciales de croquetas, incluyendo menos fibra y carbohidratos, y más proteínas, y dieron lugar a cambios similares en la población microbiana en comparación con los grupos de control alimentados con croquetas. En ambos estudios, los perros alimentados con dietas crudas tuvieron una disminución general en la abundancia de Firmicutes (23), incluidos los géneros Peptostreptococcus y Faecalibacterium, y de los géneros Bacteroides y Prevotella (filo Bacteroidetes) (19). La mayoría de esos géneros están asociados con la digestión de la fibra dietética y la producción de AGCC, lo que indica una disminución en la fermentación de fibra y carbohidratos debido a su menor ingesta. En contraste, se encontró que otros taxones bacterianos aumentaron en abundancia, incluyendo Proteobacteria y Fusobacteria (género Fusobacterium), y dos géneros del filo Firmicutes (Lactobacillus y Clostridium) (19, 23).

En esos estudios, los perros fueron alimentados con la dieta BARF durante al menos 4 semanas (4 semanas-9 años) (23), y la dieta de carne roja durante 3-9 semanas (19). Un estudio con perros que recibieron una dieta cruda durante al menos 1 año encontró que tienen un microbioma más rico y más uniforme en comparación con los controles alimentados con croquetas (24). También mostraron una mayor abundancia de Clostridium perfringens y Fusobacterium varium, y una disminución de la abundancia de Coprobacillus sp. en comparación con los controles. Sin embargo, el estudio (24) incluyó solo seis animales, y se necesitan estudios con cohortes más grandes para confirmar esos resultados.

En otro estudio (25), los perros sanos fueron cambiados a una dieta que consistía en croquetas mezcladas con porcentajes crecientes de carne picada de res. Debido a la falta de formulación para satisfacer los requisitos nutricionales, combinada con el corto período de observación (solo 1 semana para cada combinación), los resultados deben interpretarse con precaución. A pesar de eso, reportaron resultados similares, con una disminución en Faecalibacterium y un aumento en dos cepas de Clostridiaceae.

Curiosamente, una de las cepas de Clostridiaceae se identificó más tarde como Clostridium hiranonis, una especie bacteriana asociada con el metabolismo normal de los ácidos biliares (BA) (25, 26). Un estudio (23) informó un metabolismo normal de BA en perros sanos alimentados con dietas BARF, sin diferencias significativas con respecto a los controles alimentados con croquetas. El metabolismo de BA es una vía importante no solo para la digestión de lípidos, sino también para la regulación de la inflamación intestinal, y se altera comúnmente en enfermedades gastrointestinales crónicas (26, 27).

A pesar de estar comúnmente asociado con enfermedades gastrointestinales (debido a Clostridium perfringens y Clostridioides difficile, patógenos potenciales que se discutirán más adelante en este manuscrito), se ha sugerido que los aumentos en la abundancia de miembros de Clostridiaceae (por ejemplo, Clostridium) cuando se alimentan dietas ricas en proteínas a los perros pueden no ser perjudiciales para su salud (19 ), sino más bien asociado con la digestión de proteínas. Se ha encontrado que los aumentos en la familia Clostridiaceae se correlacionan positivamente con el contenido de proteínas en la dieta (19). Además, también se encontró que Clostridiaceae se correlaciona positivamente con la digestibilidad de las proteínas y se correlaciona negativamente con el contenido de proteína fecal (es decir, más Clostridiaceae da como resultado menos proteína sobrante en las heces). Estos hallazgos sugieren que Clostridiaceae puede tener un papel en el metabolismo de las proteínas en el tracto intestinal de los perros, diferente al papel desempeñado en el intestino grueso de la rata, donde Clostridiaceae responde a los carbohidratos de la dieta. Además, Clostridiaceae tuvo una correlación positiva con la puntuación de salud fecal (es decir, las heces eran más firmes) y una correlación negativa con la producción fecal (es decir, menos producción fecal).

Es importante tener cuidado al extrapolar los hallazgos de especies omnívoras a carnívoros. El impacto de la dieta en las abundancias de Bifidobacterium spp. (Bifidobacteriaceae), Lactobacillus spp. (Lactobacillaceae) y Faecalibacterium spp. (Ruminococcaceae) a menudo se investiga ya que se consideran beneficiosas en omnívoros (28). Su beneficio se atribuye a su papel en la producción de productos de fermentación de carbohidratos que luego se convierten en butirato a través de la vía butiril-CoA: acetato-CoA-transferasa. El papel del butirato, un AGCC, en la salud intestinal es indiscutible, ya que el butirato es la fuente de energía preferida para los colonocitos (29).

Sin embargo, el butirato se puede encontrar en muestras fecales de todos los mamíferos, independientemente de sus fuentes de alimento. Por lo tanto, en los mamíferos que consumen poco o nada de carbohidratos, deben estar presentes vías alternativas para la producción de butirato. En un estudio con una dieta alta en grasas y baja en almidón (suplementada con manteca de cerdo) en perros, los niveles de acetato, butirato y propionato no fueron diferentes de los perros alimentados con una dieta baja en grasa y alta en almidón (suplementada con maíz y arroz partido), lo que indica que la producción de AGCC en perros no depende exclusivamente del contenido de carbohidratos (30). Apoyando esa hipótesis, otro estudio (25) encontró que la adición de carne picada a una dieta convencional de croquetas en realidad condujo a un pequeño aumento en el butirato fecal y el isovalerato.

Un estudio reciente ha destacado que en los carnívoros, Clostridiaceae, y en particular Clostridium perfringens, están asociados con la vía de síntesis de butirato quinasa butirato, que permite la producción de butirato a partir de proteínas (17). Otra bacteria conocida por producir butirato a partir de fuentes de proteínas es Fusobacterium varium (31), que fue más abundante en un grupo de perros alimentados con dietas crudas a base de carne durante al menos 1 año, lo que sugiere una adaptación del microbioma a la dieta a largo plazo (24). Además, se ha encontrado que los miembros de la familia Fusobacteriaceae son más abundantes en otras especies de carnívoros [gatos: (18, 32), lobos: (33, 34), otros carnívoros: (17, 35)] y perros alimentados con dietas crudas (19, 23, 36).

Esos hallazgos ponen en duda si las bacterias que se especializan en la fermentación de carbohidratos aportan los mismos beneficios descritos en omnívoros al tracto gastrointestinal carnívoro (19). Es posible que en los carnívoros la producción de butirato pueda ser lograda al menos parcialmente por otras especies bacterianas como los miembros de las familias Clostridiaceae y Fusobacteriaceae, lo que podría ser la razón de su aumento en perros alimentados con dietas crudas.

También se ha encontrado que las dietas BARF aumentan los niveles fecales de ácido gamma-aminobutírico (GABA), un neurotransmisor, y su precursor ácido gamma-hidroxibutírico (GHB) (23). GABA y GHB se absorben rápidamente en el tracto gastrointestinal cuando se administran por vía oral (37, 38), y los alimentos ricos en bacterias productoras de GABA están disponibles en Japón para el tratamiento de la hipertensión (39). La conexión entre el intestino y el cerebro se ha estudiado en muchas enfermedades, en perros y otras especies, y ha llevado al desarrollo del concepto del eje intestino-cerebro (40).

Otro neurotransmisor, la serotonina, es esencial para la salud intestinal. Alrededor del 90% de la serotonina producida en el cuerpo se origina en los intestinos, donde regula la motilidad, la secreción y el flujo sanguíneo a través del sistema nervioso entérico (41). La producción de serotonina también está parcialmente controlada por el microbioma, ya sea por la producción directa de serotonina por bacterias (42), o por el consumo de su precursor, el aminoácido triptófano (1). La microbiota intestinal es esencial para el desarrollo del sistema nervioso entérico. Los ratones libres de gérmenes muestran una actividad motora anormalmente aumentada y una disminución de las respuestas de ansiedad, que se normalizan después de la colonización con microbiota de ratones convencionales (43).

Establecimiento, estabilidad y declive del microbioma intestinal

Independientemente de la especie, la colonización del tracto gastrointestinal en los mamíferos comienza incluso antes de que el recién nacido salga del canal de parto. La colonización inicial varía y refleja el método de parto y nutrición, y el microbioma en establecimiento aumentará en diversidad con el tiempo (44). En los seres humanos, los bebés nacidos por vía vaginal adquieren poblaciones microbianas de la microbiota vaginal de la madre, mientras que los bebés nacidos por cesárea adquieren poblaciones bacterianas de la piel de su madre (45). Si bien no se realizaron estudios con perros nacidos por cesárea, los caninos recién nacidos están expuestos desde el nacimiento a la microbiota vaginal y fecal de la madre a través de la lengua de la madre y, por lo tanto, el efecto del método de parto es probablemente menos pronunciado.

En los perros, de manera similar a los humanos, la maduración del microbioma en una composición similar a la de un adulto coincide con el destete. En un estudio con cachorros de 1 semana a 1 año de edad (46), los cachorros tenían microbiomas significativamente diferentes durante las primeras semanas de vida, con un predominio de Proteobacteria. A las 9 semanas de edad, sin embargo, Proteobacteria disminuyó significativamente, y Faecalibacterium spp. y Clostridium hiranonis aumentaron significativamente, con valores dentro del intervalo de referencia de adultos sanos. Además, se ha encontrado que los compañeros de camada adultos presentan una composición de microbioma más similar que los perros no relacionados, lo que sugiere la importancia de la genética y la exposición temprana a la vida (10).

El medio ambiente, y en particular otros miembros del hogar, pueden tener un impacto en el microbioma intestinal. En un estudio que comparó perros y sus dueños, se observó un intercambio significativo de microbiota de la piel entre pares de dueños de perros en comparación con otros miembros no domésticos, y también se observó un efecto menor en la microbiota fecal (16). Si bien el impacto general de este intercambio de microbiota es probablemente pequeño, debe tenerse en cuenta en los hogares que incluyen individuos inmunocomprometidos debido al posible impacto zoonótico (47).

En muchas especies, el microbioma intestinal es típicamente estable en adultos sanos a lo largo del tiempo. En perros, solo se ha evaluado la variabilidad a corto plazo, y se encontró que el microbioma es relativamente estable durante el período de 2 semanas (14). En un estudio de humanos adultos que no tomaron antibióticos, más del 70% de las especies bacterianas fecales dentro de un individuo fueron estables durante 1 año, y los cálculos indican que la mayoría de las especies probablemente fueron estables durante décadas en individuos estables al peso (48). Aunque no hay datos disponibles a largo plazo para los perros, es razonable esperar que el microbioma intestinal pueda ser estable en animales adultos sanos, potencialmente durante toda su vida adulta. Se ha identificado un subconjunto de taxones bacterianos como bacterias clave para la salud gastrointestinal (8) y se ha utilizado para crear un índice de disbiosis que puede evaluar el microbioma intestinal a través de un conjunto de reacciones de qPCR (49). El índice de disbiosis se discutirá más adelante en esta revisión.

Se demostró que la diversidad microbiana gastrointestinal disminuye con la edad en otras especies, y esa disminución se asocia con una mayor fragilidad y una función cognitiva reducida (50). La inmunosenescencia en pacientes ancianos se asocia con inflammaging, una condición inflamatoria crónica de bajo grado que incluye desequilibrios en la composición del microbioma (51). En un estudio con una especie de murciélago excepcionalmente longeva, se encontró que el microbioma de murciélagos viejos sanos era muy similar al de los murciélagos juveniles, lo que indica un vínculo entre el envejecimiento saludable y el microbioma intestinal (52). El microbioma del perro envejecido aún no se ha estudiado, y se necesita más investigación para evaluar si las estrategias para retrasar la pérdida de diversidad del microbioma en los ancianos también podrían retrasar la aparición de la inmunosenescencia y aumentar la longevidad.

Microbioma intestinal en la enfermedad

Si bien la edad, la dieta y los factores ambientales pueden desempeñar un papel importante en el mantenimiento de un microbioma saludable, las alteraciones que causan palidecen en comparación con las alteraciones encontradas en animales enfermos. Muchas enfermedades, sistémicas o localizadas, afectan o se ven afectadas por el microbioma intestinal y están asociadas con la disbiosis.

La disbiosis intestinal se define como alteraciones en la composición de la microbiota intestinal que dan lugar a cambios funcionales en el transcriptoma microbiano, el proteoma o el metaboloma (53). El aumento de la abundancia de bacterias anaerobias facultativas de la familia Enterobacteriaceae es un marcador común de disbiosis (54), visto también en perros (8).

Se ha especulado que el oxígeno podría ser responsable de los cambios en la composición de la microbiota observados en la disbiosis (55). Esta hipótesis se centra en la disponibilidad de oxígeno en la luz intestinal, que puede aumentar en situaciones que permiten una mayor permeabilidad intestinal, incluida la inflamación (54). El aumento resultante en el oxígeno libre afecta negativamente a las poblaciones estrictas de anaerobios y conduce a una expansión luminal incontrolada de los anaerobios facultativos, especialmente los miembros de la familia Enterobacteriaceae (53). El concepto de que el oxígeno, solo o en combinación con otros aceptores de electrones respiratorios, controla la abundancia de Enterobacteriaceae en el intestino grueso tiene ramificaciones importantes para comprender cómo una interrupción en la homeostasis intestinal impulsa la disbiosis.

La composición de la microbiota intestinal también tiene efectos significativos sobre la función inmune y regula la producción local de anticuerpos. Aunque los microbios intestinales están separados por la capa mucosa interna y el glicocálix del contacto directo con los enterocitos, las células dendríticas intestinales pueden extender sus dendritas hacia la luz intestinal y tomar muestras de la microbiota. La mayoría de estas bacterias invasoras son eliminadas por los macrófagos, y algunas también se presentan a las células B. Las células B producen IgA, que se secreta en el lumen, uniéndose a las bacterias y activando la destrucción bacteriana dirigida (2).

Los precursores de células T (Th) auxiliares intestinales pueden diferenciarse en células Treg o Th17 dependiendo de las señales recibidas de la microbiota (2). En la homeostasis se favorece la producción de células Treg, se suprime la de las células Th17 y se produce una inflamación mínima dentro de la pared intestinal. En ausencia de células Treg, las células T efectoras no controladas responderán a los antígenos microbianos y desencadenarán la inflamación (2). Grupos bacterianos específicos pueden influir en este proceso: como ejemplo, se demostró que los miembros de los grupos IV y XIVa de Clostridium estimulan la inducción de Treg (56), induciendo una respuesta antiinflamatoria, mientras que las bacterias filamentosas segmentadas (SFB) inducen Th17 (57), generando señales proinflamatorias.

La inflamación intestinal también puede ser desencadenada por la disbiosis intestinal a través del metabolismo de los ácidos biliares, que se observa tanto en perros como en humanos (26, 27, 58). Los ácidos biliares (BA) son esenciales para la digestión de los lípidos, pero también desempeñan un papel en las defensas de la mucosa y tienen propiedades antiinflamatorias. Las bacterias en la luz intestinal son responsables de la desconjugación y deshidroxilación de BA, por lo tanto, la disbiosis puede afectar la producción de BA secundaria. La enfermedad intestinal crónica también puede disminuir la expresión del transportador apical de ácidos biliares dependiente de sodio (ASBT), que es esencial para la reabsorción de BA primario conjugado (27). Tomados en conjunto, estos resultados indican que la disbiosis y la inflamación intestinal pueden afectar significativamente el metabolismo de BA, lo que a su vez puede estimular aún más la inflamación intestinal.

La disbiosis se observa en muchas patologías, tanto a nivel local, dentro del tracto gastrointestinal como sistémicamente (59). Si bien está fuera del alcance de esta revisión, el trabajo reciente ha asociado la disbiosis con la obesidad (60), las enfermedades metabólicas (61), el cáncer (62), las disfunciones neurológicas (63) y muchas otras, tanto en perros como en humanos. Sin embargo, se debe tener precaución al interpretar esos hallazgos. Si bien se ha demostrado una asociación con la disbiosis en estas enfermedades, a menudo aún no se ha demostrado un efecto de causalidad, y la disbiosis puede ser un síntoma del proceso de la enfermedad en lugar de su causa.

Microbioma intestinal y enfermedades gastrointestinales

Las disfunciones gastrointestinales son la asociación más obvia con la disbiosis intestinal. Se ha encontrado que el microbioma intestinal se altera durante la diarrea aguda y crónica. Al igual que con los perros sanos, los estudios en perros con enfermedades gastrointestinales informarán diferentes porcentajes de abundancia de taxones, sin embargo, la mayoría de los taxones aumentan o disminuyen constantemente dentro del mismo fenotipo de enfermedad.

Gran parte de la aparente discrepancia entre los estudios puede atribuirse a la dificultad de obtener muestras de casos clínicos bien caracterizados sin factores de confusión como la administración reciente de antibióticos. Esta dificultad, junto con restricciones presupuestarias, da lugar a estudios con un pequeño número de muestras, lo que limita el poder estadístico. Las nuevas tecnologías están haciendo que la secuenciación del metagenoma sea más accesible y, con el aumento del número de muestras por proyecto, estos problemas metodológicos deberían ser más fáciles de superar.

En la diarrea aguda no complicada (EA), los perros desarrollarán una fuerte disbiosis con una disminución de las bacterias productoras de ácidos grasos de cadena corta (AGCC) como Blautia spp., Ruminococcus spp., Faecalibacterium praunitzii y Turicibacter spp. (64), y una mayor abundancia en el género Clostridium (26). La diversidad microbiana disminuye y las comunidades microbianas difieren significativamente de los perros sanos.

A pesar de su presentación clínica leve, la EA se asocia con disbiosis fecal que altera significativamente no solo los perfiles fecales de AGCC sino también los metabolitos sanguíneos y urinarios, lo que sugiere que los episodios agudos de diarrea tienen un impacto en el perfil metabólico general del huésped. De hecho, un estudio (65) demostró que, mientras que la abundancia de bacterias productoras de AGCC disminuyó en muestras fecales de perros con EA, cuando se midieron los AGCC solo disminuyó significativamente la concentración de propionato. En cambio, se encontró que el butirato aumentaba en las muestras fecales de perros con EA, una contradicción que los autores sugieren que podría surgir de una disminución en la absorción de butirato o una disminución de la utilización de butirato por los enterocitos. Curiosamente, sin embargo, también demostraron un aumento en la abundancia de Clostridium sp., que como se mencionó anteriormente puede producir butirato a partir de proteínas utilizando una vía alternativa, lo que podría ser otra explicación para el aumento de butirato.

Se han detectado alteraciones similares en perros con síndrome de diarrea hemorrágica aguda (AHDS), también conocido como gastroenteritis hemorrágica (HGE) (66). A pesar de la diferencia en la presentación clínica, los perros con EA y AHDS presentan cambios similares en los grupos bacterianos (65). En comparación con los perros sanos, ambos perros con EA y AHDS tienen una menor abundancia de Ruminococcaceae y Faecalibacterium spp. Los estudios han demostrado una asociación entre Clostridium perfringens y AHDS (66), sin embargo, su enterotoxina no pudo detectarse en muestras fecales de AHDS (67). El gen de la toxina netF recién descubierta se ha detectado en el genoma de C. perfringens aislado de biopsias intestinales de perros con AHDS (68). Además, otros estudios encontraron una fuerte correlación entre la presencia del gen netF en muestras fecales y AHDS (69), y la recuperación de AHDS se acompañó de una disminución significativa en la abundancia del gen netF y C. perfringens (70). Combinados, estos resultados sugieren que la toxina netF puede desempeñar un papel en las lesiones necrotizantes presentes en AHDS.

Otro Clostridia que ha ganado mucha atención en la medicina humana, Clostridioides difficile (anteriormente conocido como Clostridium difficile) (71) es un problema contradictorio en perros. Mientras que las infecciones por C. difficile en humanos están bien estudiadas y asociadas con la terapia con antibióticos y la hospitalización, en perros C. difficile y sus toxinas se detectan en sujetos clínicamente sanos, y la infección no se puede inducir en perros sanos incluso después de la terapia con antibióticos. De hecho, un estudio (72) informó tasas de aislamiento del 29% en perros voluntarios sanos en Japón, y del 35% en pacientes de un hospital veterinario en tratamiento para afecciones no relacionadas con el GI. Sin embargo, otros estudios dan tasas de aislamiento más conservadoras, con un 5,5% de los perros de refugio en Alemania positivos para C. difficile (73) y ningún aislado de 55 perros sanos en Canadá (74).

Las cepas de C. difficile aisladas de perros son capaces de producir toxinas in vitro que perjudican gravemente las uniones estrechas en líneas celulares caninas y humanas (75). Los autores han especulado que, de manera similar a los humanos, la presencia de bacterias deshidroxilantes de ácidos biliares, específicamente Clostridium hiranonis, puede ser un factor protector en los perros. Además, Sphingobacterium faecium también se sugirió como una especie protectora, lo que podría estar asociado con sus capacidades de producción de esfingofosfolípidos (75).

En perros sintomáticos que resultaron positivos para C. difficile, se desconoce si los signos clínicos son atribuibles a C. difficile, o si es un hallazgo secundario. En un estudio interesante (76), en cinco perros con diarrea crónica que dieron positivo para C. difficile, la diarrea recurrió después del tratamiento con metronidazol, pero cesó después de la intervención en la dieta, y C. difficile ya no fue detectable. Estos resultados sugieren que C. difficile fue secundario a un problema subyacente. Dada la frecuente identificación de ribotipos de PCR epidémicos humanos en perros (72, 77), se debe monitorear el potencial de C. difficile como agente zoonótico (78).

El desarrollo de enteropatías crónicas (CE) se ha documentado en perros después de episodios de infección por parvovirus (79), y se ha descrito un patrón similar en humanos (80, 81). Algunas de las alteraciones presentes en la diarrea aguda, tanto en humanos como en perros, también están ocurriendo en la CE. Los ejemplos incluyen la disbiosis y la disminución de las bacterias productoras de AGCC, que se ha encontrado en perros con diarrea aguda y crónica (64, 65, 82). Se necesitan más estudios para evaluar el impacto a largo plazo de la diarrea aguda y su papel en el desarrollo de la CE.

Las enteropatías crónicas en perros generalmente se clasifican de acuerdo con su respuesta al tratamiento como diarrea sensible a los alimentos (FRD), diarrea sensible a antibióticos (ARD) y diarrea sensible a inmunosupresores (SRD, también conocida como enfermedad inflamatoria intestinal idiopática, EII). Todos los perros con enteropatías crónicas presentarán inflamación intestinal hasta cierto punto y, por lo tanto, comparten microbiomas disbióticos similares en comparación con los perros sanos (83).

Además de la disbiosis, los perros con CE también presentan una disminución significativa de la diversidad bacteriana fecal (82, 84). En perros con EII, la abundancia del filo Fusobacteria se reduce, junto con el filo Bacteroidetes, especialmente las familias Bacteroidaceae y Prevotellaceae (por ejemplo, género Prevotella) (82, 83). Dentro del filo Firmicutes, se observaron disminuciones en las familias Ruminococcaceae (género Ruminococcus), Veillonellaceae (género Megamonas) y Lachnospiraceae en perros con EII (82-84). Debido a su papel como bacterias centrales productoras de AGCC, la disminución simultánea de todos estos taxones bacterianos reduce la disponibilidad de AGCC, que son la principal fuente de energía para los colonocitos (82). Además, las gamma-proteobacterias (por ejemplo, Enterobacteriaceae), un sello distintivo de la disbiosis, están sobrerrepresentadas en muestras fecales de perros con CE (8, 82, 85, 86).

Cuando se evaluaron géneros específicos en muestras fecales por qPCR, las abundancias de Blautia spp. (Clase Clostridia), Faecalibacterium spp. (Clase Clostridia) y Turicibacter spp. (Clase Erysipelotrichia) disminuyeron significativamente (82, 84). Además, Fusobacterium spp. (Clase Fusobacteriia) y Clostridium hiranonis (Clase Clostridia) también disminuyeron, y Streptococcus spp. (Clase Bacilli) y E. coli (Clase Gammaproteobacteria) aumentaron (82). Sobre la base del conocimiento específico acumulado de múltiples estudios moleculares (8, 87), se desarrolló una serie de reacciones de qPCR para cuantificar la disbiosis intestinal en muestras fecales caninas. El modelo matemático desarrollado (49) utiliza la cuantificación de bacterias totales y un panel de siete grupos bacterianos: Faecalibacterium spp., Turicibacter spp., Escherichia coli, Streptococcus spp., Blautia spp., Fusobacterium spp. y Clostridium hiranonis para calcular el índice de disbiosis (DI). Los valores negativos de DI indican normobiosis, y los valores positivos de DI indican disbiosis. El DI es la primera herramienta que permite la cuantificación de la disbiosis intestinal, y se puede utilizar para controlar la disbiosis a lo largo del tiempo y en respuesta al tratamiento. Otros estudios han confirmado desde entonces que la DI aumenta en perros con CE (26, 27, 82).

Además del AGCC, también se ha encontrado que las alteraciones en aminoácidos como el triptófano se correlacionan significativamente con enteropatías crónicas. El triptófano es un aminoácido esencial en los perros y un precursor de compuestos como la quinurenina, la serotonina, la melatonina y el indol. La vía de la quinurenina comprende al menos el 90% del catabolismo del triptófano, y está limitada por la enzima indolamina 2,3, dioxigenasa 1 (IDO-1). Se ha encontrado que los humanos con EII han aumentado la expresión de IDO-1 que conduce a concentraciones séricas más bajas de triptófano. Se han observado resultados similares en gatos con CE, donde los niveles séricos de triptófano se correlacionan inversamente con la gravedad de la enfermedad (88). El aumento del catabolismo del triptófano limita la producción de serotonina, un neurotransmisor esencial para la secreción gastrointestinal, la motilidad y la percepción del dolor (89).

La disponibilidad de triptófano también puede influir directamente en la microbiota intestinal, ya que el triptófano es el precursor de la producción de compuestos de indol. Los compuestos de indol solo pueden ser sintetizados por bacterias, y se ha demostrado que aumentan la expresión de genes asociados con una mejor homeostasis intestinal, disminución de la permeabilidad intestinal y aumento de la producción de mucina en otras especies (90, 91). El triptófano fue el único aminoácido que disminuyó en el suero de perros con enteropatía perdedora de proteínas, una forma de enteropatía crónica, y un menor triptófano sérico se correlacionó con una menor albúmina sérica y peores resultados (92). Además, en perros con EII, se encontró que varios compuestos de indol disminuyeron significativamente en muestras fecales (93).

Si bien los perros con FRD o EII no son diferentes en términos de riqueza global, diversidad o composición de la microbiota antes del tratamiento, su respuesta al tratamiento difiere (94). Después del tratamiento, tanto los perros con FRD como los perros con EII mostraron un aumento en la abundancia de Bacteroides, que se asocia con un microbioma saludable, en el colon. Sin embargo, algunos taxones bacterianos específicos presentaron diferentes abundancias entre FRD y IBD. Los perros con FRD tuvieron una disminución de Enterococcus spp., Corynebacterium spp. y Proteobacteria, todos patógenos potenciales, en el duodeno después del tratamiento. En otro estudio centrado en perros con FRD (22), después de un ensayo dietético de eliminación con una dieta de proteína vegetal, la diversidad del microbioma ya no era significativamente diferente de los controles sanos, y la riqueza aumentó significativamente.

Sin embargo, a diferencia de la FRD, en perros con EII tratados con terapia inmunosupresora, con o sin antibióticos u otras medidas terapéuticas, la recuperación clínica no siempre va acompañada de una recuperación de la microbiota. En un estudio (84), aunque todos los perros se recuperaron clínicamente, los índices de diversidad después de 3 semanas de terapia mostraron una tendencia hacia una mayor disminución. Otro estudio evaluó la recuperación del metabolismo de los ácidos biliares y la DI durante 3 meses, y, aunque se restableció el metabolismo de BA y C. hiranonis aumentó significativamente, otras especies relevantes y la DI general aún se alteraron significativamente (26).

La diferencia en la respuesta al tratamiento entre los perros con FRD y los perros con EII probablemente se puede atribuir a las diferencias en la patogénesis de la enteropatía. Mientras que los perros con EII tienen un proceso inflamatorio que parece surgir de una combinación de predisposición genética y factores ambientales, los perros con FRD tienen un proceso inflamatorio que es impulsado por la presencia constante de un antígeno de origen alimentario. Una vez que el antígeno se elimina de la dieta, la inflamación retrocede permitiendo que el microbioma vuelva a un estado de normobiosis.

Estrategias de tratamiento y su impacto en el microbioma

Las manipulaciones del microbioma a menudo se incluyen como parte del tratamiento de enfermedades gastrointestinales. Los antibióticos, los probióticos y los trasplantes fecales funcionan eliminando bacterias perjudiciales o introduciendo bacterias beneficiosas. Sin embargo, la manipulación de una comunidad bacteriana tan compleja no es simple y, a menudo, produce resultados mixtos.

Los antibióticos se utilizan en enfermedades gastrointestinales agudas y crónicas, con el objetivo de eliminar las bacterias patógenas. Sin embargo, los antibióticos tienen graves consecuencias en la microbiota intestinal y, a menudo, no hay pruebas suficientes para justificar su uso. En perros con AHDS, por ejemplo, un ensayo clínico doble ciego en perros no sépticos no encontró diferencias en la tasa de mortalidad, la duración de la hospitalización, la gravedad de los signos clínicos o el resultado entre el grupo antibiótico y el grupo placebo (95). La diarrea crónica también se trata a menudo con antibióticos, sin embargo, un estudio (96) no encontró diferencias en la recuperación clínica en perros que recibieron metronidazol y prednisona versus perros que recibieron prednisona sola. Por lo tanto, la idoneidad de la prescripción de antibióticos debe evaluarse caso por caso, en lugar de como un tratamiento estándar para la enfermedad gastrointestinal. En última instancia, la decisión de prescribir antibióticos dependerá de la gravedad de la presentación clínica, los resultados de las pruebas de laboratorio y la experiencia del médico.

La tilosina y/o el metronidazol son antibióticos de uso común para las enfermedades gastrointestinales y tienen un impacto grave en el microbioma intestinal (97). La administración de antibióticos puede inducir disbiosis intestinal, con antibióticos de amplio espectro que causan caídas rápidas y significativas en la riqueza taxonómica, diversidad y uniformidad (97). Una vez que se interrumpe el tratamiento con antibióticos, muchas especies bacterianas se recuperan, sin embargo, el retorno a la composición inicial rara vez se logra completamente (98, 99).

Debido a estas consecuencias bien conocidas del uso de antibióticos, se ha puesto un renovado interés en los probióticos, prebióticos y simbióticos. Mientras que los prebióticos son sustancias alimenticias no digeribles, como la fibra, que fomentan la expansión de bacterias beneficiosas que ya residen en el huésped, los probióticos suministran una fuente exógena de bacterias vivas al huésped (100). Los simbióticos son productos que contienen una combinación de ambos. Muchas formulaciones diferentes están disponibles comercialmente, pero no hay suficiente evidencia científica para apoyar una formulación contra las otras (101).

En perros, se han estudiado diferentes fibras por sus propiedades prebióticas e inducen cambios específicos en el microbioma. Se encontró que la pulpa de remolacha (9) aumenta el filo general Firmicutes, con una mayor abundancia de clase Clostridia y disminución de Erysipelotrichi, y disminución del filo Fusobacteria. La fibra de papa (102) y la cáscara de soja (103) actúan principalmente enriqueciendo los grupos bacterianos Firmicutes fermentadores de fibra, incluidos los grupos IV de Clostridium (por ejemplo, familia Ruminococcaceae, Faecalibacterium prausnitzii) y XIVa (por ejemplo, familia Lachnospiraceae, Blautia spp.). Los fructanos de tipo inulina también aumentaron Firmicutes, pero de las familias Erysipelotrichaceae y Turicibacteraceae (21). También se encontró que la fibra de papa, la cáscara de soja y los fructanos de tipo inulina aumentan el AGCC, incluido el acetato, el butirato y el propionato. Además, los fructanos de tipo inulina (21) aumentaron los ácidos biliares fecales totales y disminuyeron las proteobacterias (por ejemplo, Enterobacteriaceae). La inulina y la pared celular de levadura se probaron en combinación con una dieta de carne cruda (104), y se encontró que la inulina disminuye Enterobacteriaceae y aumenta los géneros Megamonas y Lactobacillus. La pared celular de levadura, en cambio, conduce a un aumento en el género Bifidobacterium.

Las bacterias probióticas generalmente no pueden colonizar el intestino debido a la competencia con la microbiota ya establecida. En un estudio con perros sanos (15), el aumento de la abundancia de Enterococcus spp. y Streptococcus spp. inducido por la administración de un simbiótico que contenía siete especies probióticas fue solo transitorio y volvió a la abundancia basal una vez que se suspendió el tratamiento. Otro estudio encontró solo un pequeño aumento en la diversidad de especies con la administración de un simbiótico que contiene Enterococcus faecium (105).

Sin embargo, los probióticos aún pueden tener efectos beneficiosos a través de la producción de metabolitos y péptidos antimicrobianos que modifican la microbiota local e interactúan con el sistema inmune del huésped (101). En un estudio doble ciego controlado con placebo (106), se utilizó un producto de leche agria que contenía tres especies de Lactobacillus spp. derivadas de caninos para tratar perros con EA. La administración de un producto a base de leche agria aceleró la normalización de la consistencia de las heces y redujo la abundancia de una cepa de Clostridium perfringens productora de toxina α y Enterococcus faecium, que son ambos enteropatógenos potenciales. Además, el tratamiento también aumentó el bienestar de los perros al mantener el apetito. En perros de trineo, que comúnmente sufren de diarrea durante períodos de ejercicio extenuante, un simbiótico que contiene tres especies probióticas que condujo a un aumento significativo en las Lactobacillaceae fecales después de 2 semanas de tratamiento, y tuvo un efecto protector durante un brote de diarrea contagiosa a pesar de no tener un impacto significativo en la producción general de AGCC (107).

En perros con EII, los probióticos a veces se recomiendan en combinación con el tratamiento inmunosupresor estándar. En un estudio (108), los perros con EII fueron aleatorizados para recibir terapia estándar con o sin probióticos. Ambos tratamientos modularon el número de bacterias mucosas de los perros con EII de manera similar, con un mayor número de bacterias en el moco adherente, y se asociaron con una remisión clínica rápida a pesar de que no hubo disminución de la inflamación histopatológica. Curiosamente, sin embargo, solo los perros que recibieron probióticos habían aumentado la expresión de proteínas de unión estrecha, lo que sugiere que, a pesar de la falta de colonización, los probióticos pueden tener efectos beneficiosos sobre la homeostasis de la mucosa.

En otro estudio (109), un probiótico multicepa fue una alternativa exitosa al tratamiento con un protocolo combinado (prednisona y metronidazol) en perros con EII durante 60 días. Las puntuaciones clínicas en ambos grupos disminuyeron significativamente con el tiempo, aunque el signo clínico principal desapareció más rápido en el grupo que recibió el tratamiento estándar. Sin embargo, cuando el microbioma intestinal se evaluó mediante qPCR para taxones específicos relevantes 30 días después del final del tratamiento, solo el grupo que recibió probióticos mostró una recuperación en la abundancia de Faecalibacterium spp., una bacteria productora de butirato que no estaba entre las cepas probióticas. No se observaron cambios significativos para ningún otro grupo bacteriano en respuesta al tratamiento.

Un desarrollo interesante del estudio del microbioma intestinal es el trasplante de microbiota fecal (FMT), que consiste en administrar materia fecal de un donante sano al paciente, generalmente endoscópicamente. En humanos, los trasplantes fecales se han utilizado con éxito en el tratamiento de infecciones recurrentes por C. difficile durante muchos años, con el objetivo de restaurar el microbioma para inhibir la colonización por C. difficile. El TMF se considera un tratamiento más seguro y efectivo para las infecciones recurrentes por C. difficile en comparación con la terapia antibiótica estándar (110, 111). Se han reportado ensayos de tratamiento para otras enfermedades con FMT, incluida la EII (112). En humanos con EII, las tasas de éxito variaron de 22 a 60.5% (113). En los perros, faltan estudios de casos y controles y los informes de casos utilizan una variedad de técnicas diferentes, lo que dificulta hacer comparaciones o establecer su efectividad (114).

En uno de los pocos estudios de casos y controles en perros hasta ahora, los cachorros infectados con parvovirus tratados con FMT tuvieron una reducción significativa en el tiempo de hospitalización y se recuperaron más rápido que los cachorros que recibieron tratamiento estándar (115). Sin embargo, cuando se usó FMT oral en cachorros durante el destete en un entorno de investigación, no se observó mejoría en las puntuaciones fecales, y FMT no previno la diarrea asociada al destete (116). Un estudio (117) informó buenos resultados, aunque transitorios, en una serie de casos de 16 perros con EII, con una remisión prolongada observada cuando los perros se mantuvieron con una dosis oral diaria de heces de donantes congelados después del TMF. En otro estudio (118), se informó de la recuperación exitosa de un gato con colitis ulcerosa después de dos rondas de TMF.

Si bien es prometedor, el uso del TMF para tratar la disbiosis y sus enfermedades asociadas aún requiere más investigación para establecer la metodología ideal para ser aplicada a los perros. Factores como la preservación de la muestra del donante (congelación o aditivos), la vía (endoscopia digestiva superior o colonoscopia) y el programa de administración (trasplante único o administración diaria de cápsulas) pueden afectar significativamente los resultados, y los datos de estudios en humanos no se traducen necesariamente en perros debido a diferencias anatómicas y fisiológicas. Con suerte, los estudios futuros permitirán a los investigadores medir completamente las limitaciones potenciales y eventuales del FMT en el tratamiento de enfermedades gastrointestinales.

Conclusiones

En conclusión, la composición del microbioma intestinal en los perros se correlaciona con la salud general. El microbioma intestinal es estable en perros adultos sanos, pero la edad, la dieta y muchos otros factores ambientales pueden influir en el mantenimiento de un microbioma saludable. Sin embargo, las alteraciones encontradas en animales enfermos son marcadas, y cuando impactan el transcriptoma, proteoma o metaboloma se denominan disbiosis. La disbiosis siempre debe considerarse cuando las patologías del tracto gastrointestinal están presentes. La recuperación de la composición del microbioma no se correlaciona necesariamente con la recuperación clínica, y las consecuencias a largo plazo de tales alteraciones persistentes son hasta ahora desconocidas. La identificación de taxones bacterianos y compuestos derivados de bacterias implicados en la patogénesis de enfermedades gastrointestinales agudas y crónicas puede ayudar al desarrollo de nuevas herramientas diagnósticas y terapéuticas, y debe investigarse.

Contribuciones del autor

RP hizo la mayor parte de la escritura y edición. JS proporcionó asesoramiento significativo sobre el contenido y la edición a medida que este documento evolucionó a su forma actual.

Conflicto de intereses

Los autores declaran que la investigación se llevó a cabo en ausencia de cualquier relación comercial o financiera que pudiera interpretarse como un posible conflicto de intereses.

Referencias