Why the study the Microbiome is important?

Procariotes y Eucariotes

ANIMALES:

� Gran número de genes (20.000-30.000) en núcleo

protegido: transmisión vertical.

� Pero carecen de genes para sintetizar compuestos

esenciales (amino-ácidos, vitaminas) y para extraer

energía de sustratos complejos.

BACTERIAS:

� Sin núcleo, pocos genes (500 a 4.000), un cromosoma

y elementos móviles: transmisión horizontal de genes.

� Forman comunidades multispecies.

� La comunidad obtiene energía metabólica de

múltiples substratos, sintetiza compuestos esenciales, y

se adapta a cambios ambientales.

Las comunidades microbianas del

intestino contribuyen a la extracción de

energía de sustratos indigeribles, y a la

síntesis de vitaminas y amino-ácidos

(Moran, Curr Biol 2006)

MICROBIOTA AND ENERGY UPTAKE

Backhed et al, PNAS 2004

Gut Microbiota and Bowel Motor Function

Abrams and Bishop, J Bacteriol 1966

CV mouse

GF mouse

Microbiota is Essential for Social Development

Desbonnet et al, Mol Psychatry 2013

PRIMARY FUNCTIONS OF THE GUT MICROBIOTA

• Metabolic functions: fermentation of

nondigestible dietary residue and endogenous

mucus: salvage of energy as SCFA, production of

vitamin K, absorption of ions.

• Defensive functions: protection against

pathogens (the barrier effect).

• Trophic functions: control of epithelial cell

proliferation and differentiation; development

and homeostasis of the immune system.

Guarner & Malagelada, Lancet 2003

Guarner & Malagelada, Lancet 2003

Contribution of Microbial Amino Acids to the Human Host

Up to 8-10 grams of lysine and threonine derive daily from gut microbial sources in adult humans with an adequate protein intake

Metges, J Nutr 2000

Bacterial Diversity is Higher in Non-Western Populations

Yatsunenko et al, Nature 2012

Gut Microbiota in Non-Western Populations

Yatsunenko et al, Nature 2012

Gut Microbiota in Non-Western Populations

Yatsunenko et al, Nature 2012

0

50

100

150

Young Elderly Centenarians

Species Diversity in the Human Gut Microbiota

Simpson’s reciprocal

index

Biagi et al, PLoS ONE 2010

p< 0.002

0

10

20

30

40

50

60

70

0 200 400 600 800 1,000 1,200

Gene number x 1,000 (all reads)

All

Obese

Non - obese

Le Chatellier et al, Nature 2013

LGC HGC p

N (men/women) 68 (23/45) 224 (113/111)

Age (yrs) 56 ± 7.5 57 ± 7.3 0.86

BMI (kg/m2) 32 (29 - 34) 30 (23 - 33) 0.035

Weight (kg) 95 (75 - 100) 86 (71 - 100) 0.019

Fat % 37 (29 - 42) 31 (25 - 39) 0.0069

S-Insulin (pmol/l) 50 (35 - 91) 44 (26 - 66) 0.0095

HOMA-IR 1.9 (1.2 - 3.3) 1.6 (0.9 - 2.6) 0.012

P-Triglycerides ( mmol/l) 1.32(0.97 – 1.76) 1.15 (0.82 – 1.57) 0.0014

P-Free fatty acids (mmol/l) 0.55 (0.39 - 0.70) 0.48 (0.35 - 0.60) 0.014

S-Leptin (µg/l) 17.0 (6.7 – 32.6) 8.3 (3.4 – 26.4) 0.0036

S-Adiponectin (mg/l) 7.5 (5.5 – 12.9) 9.6 (6.7 – 13.7) 0.006

B-leucocytes (109/l) 6.4 (5.2 - 7.8) 5.6 (4.8 - 6.9) 0.0021

P-CRP (mg/l) 2.3 (1.1 - 5.7) 1.4 (0.6 - 2.7) 0.00088

S-FIAF (µg/l) 88 (72 - 120) 78 (60 - 100) 0.0047

Le Chatellier et al, Nature 2013

Le Chatellier et al, Nature 2013

A.Vrieze, Gastroenterology 2012

FMT increases Insulin Sensitivity in Individuals with Metabolic Syndrome

Cotillard et al, Nature 2013Energy-restricted 1200 kcal/day diet

including 5-7 g of inulin per day

• La simbiosis entre las comunidades microbianas y el

organismo hospedador es crítica para el desarrollo corporal

normal y para la instrucción del sistema inmune, aunque

algunos micro-organismos puedes ser causa de enfermedad.

• Aún desconocemos cuál es la composición normal o “sana”

de la microbiota intestinal humana, pero podemos proponer

algunas características idóneas:

o Competencia Funcional (metabolismo y trofismo)

o Biodiversidad (mutualistas, comensales y exclusión de

patógenos)

o Ecología estable (resistencia a ‘stress’ y recuperación)