Influencia de la microbiota intestinal en el autismo

INFLUENCIA DE LA MICROBIOTA INTESTINAL EN EL AUTISMO TRABAJO DE FIN DE GRADO GRADO EN BIOLOGÍA. DEPARTAMENTO DE FISIOLOGÍA ROSA LÓPEZ DOMINGO TUTORA: Dª Mª ÁNGELES LUQUE LAÓ Sevilla, junio 2022 AGRADECIMIENTOS A los profesores de la Facultad de Biología por su comprensión y empatía hacia mí en estos años, y en especial a mi tutora, por acompañarme y motivarme en la elaboración de este trabajo. ÍNDICE RESUMEN………………………………………………………………………… 1 I. INTRODUCCIÓN ………………………………………………………………… 2 1. MICROBIOTA …………………………………………………………………. 2 1.1 Microbiota intestinal ………………………………………………………… 3 1.1.1 Funciones de la microbiota intestinal ……………………………… 4 2. EL EJE MICROBIOTA-CEREBRO ……………………………………….….... 7 2.1 Vías del eje microbiota-cerebro……………………………………………….…. 8 2.2 El eje microbiota-cerebro y su implicación en enfermedades y trastornos ……………………………………………………... 11 3. EL TRASTORNO DEL ESPECTRO AUTISTA ……………………………... 11 3.1 Criterios diagnósticos según el manual DSM-5 ……………………………….. 12 3.2 Prevalencia a nivel mundial……………………………………………………. 12 3.3 Clasificación actual…………………………………………………………….. 13 3.4 Etiología y otros ……………………………………………………………….. 13 II. RELACIÓN MICROBIOTA Y TEA …………………………………………… 14 1. DISBIOSIS ……………………………………………………………………. 14 2. MICROBIOTA Y CEREBRO SOCIAL …………………………………….… 19 3. “MACHINE LEARNING” Y LA MICROBIOTA INTESTINAL COMO FUTURA HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO PRECOZ EN EL TEA ……………………………..…… 21 III. POSIBLES TRATAMIENTOS ……………………………….………………….. 23 1. ANTIBIÓTICOS ...…………………………………………………………….. 23 2. PREBIÓTICOS Y PROBIÓTICOS …………………………………………..... 24 3. TRASPLANTE DE MICROBIOTA FECAL ………………………………...... 25 4. OTROS………………………………………………………………………..… 26 IV. CONCLUSIÓN ……………………………………………………………….…… 27 V. BIBLIOGRAFÍA Y WEBGRAFÍA ……………………………………………… 28 1 RESUMEN La microbiota intestinal es una comunidad de microorganismos que llevan a cabo diversas funciones de vital importancia en el cuerpo humano, como son la metabólica o la de barrera. Se encuentra en comunicación con sistemas importantes como el inmunitario y el nervioso. Con este último establece el denominado eje microbiota-cerebro, que parece ser responsable de diferentes trastornos neurológicos, entre el que se encuentra el del espectro autista (TEA). Así mismo, el TEA es un tipo de trastorno del neurodesarrollo que sigue siendo poco conocido por la comunidad científica. En estos últimos años, se han desarrollado numerosas investigaciones acerca de su etiología y su implicación en diferentes patologías, entre las que se encuentran las de tipo gastrointestinal, relación que ratifican los estudios realizados con niños y ratones con fenotipo autista, si bien no pueden considerarse concluyentes por las limitaciones que presentan dichos estudios. En este trabajo se tratará la relación entre la microbiota y el trastorno del espectro autista, estudiando la disbiosis que se produce en la población TEA, la relación entre su microbiota y las estructuras del cerebro social y su uso para el diseño de programas informáticos basados en sistemas de inteligencia artificial. También se hará referencia a los diferentes tratamientos que podrían mejorar la calidad de vida de las personas del espectro autista. Palabras clave: Microbiota intestinal, eje microbiota-cerebro, trastorno del espectro autista, disbiosis, cerebro social, inteligencia artificial, tratamientos. 2 I. INTRODUCCIÓN 1. MICROBIOTA La microbiota se define como el conjunto de microorganismos (bacterias, hongos, virus, arqueas y protozoos) que habitan en nuestro cuerpo, mientras que el microbioma lo forman la microbiota, así como el contenido genético y los metabolitos de la misma (Sebastián-Domingo & Sánchez-Sánchez, 2018). A los distintos tipos de relaciones que se establecen entre la microbiota y el huésped (el ser humano en este caso), se le denomina asociación simbiótica. Pueden ser de tres tipos: - Comensalismo: los microorganismos usan al hospedador para obtener recursos, pero sin causarle daños (excepto si las condiciones ambientales cambian). - Mutualismo: ambos miembros de la relación se benefician. Esta es la que tienen los seres humanos. - Parasitismo: solo se benefician los microorganismos, mientras que el hospedador sale perjudicado (de Lucas et al., 2018). En el cuerpo humano hay diversas regiones colonizadas por microorganismos, que se resumen en la siguiente tabla (tabla 1): Tabla 1: Diversidad de la microbiota en el cuerpo humano. Autoría propia (Fuente: de Lucas et al, 2018). REGIÓN CORPORAL MICROORGANISMOS Conjuntiva Staphylococcus, Streptococcus, Difteroides, Corynebacterium, Neisserias, Moraxellas y Haemophilus influenzae Vías respiratorias altas (fosas nasales, oído externo y medio). Staphylococcus coagulasa negativo, Micrococcus spp, Corynebacterium spp, Candida spp, Bacillus gramnegativos y Bacillus spp. Cavidad oral Enterobacteriaceae, Porphyromonas, Prevotella, Fusobacterium, Veillonela, Peptostreptococcus, Actinomyces, Neiserias, Streptococcus y Staphylococcus. Piel Staphylococcus coagulasa negativo, Staphylococcus 3 aureus, Corynebacterium, Propionibacterium, Clostridium perfringens, hongos y bacillus gramnegativos. Tracto digestivo Streptococcus, Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterobacterium, Bacteroides, Fusobacterium, Eubacterium, Peptostreptococcus, Ruminococcus y Clostridium, entre otras. 1.1. Microbiota intestinal El tracto gastrointestinal es el sistema donde se concentra la microbiota en mayor cantidad y biodiversidad (figura 1), albergando el intestino grueso el 70% de todos los microorganismos del cuerpo humano, responsables de su correcto funcionamiento (Jandhyla et al., 2015). Figura 1: Distribución de la flora intestinal humana normal (Jandhyla et al., 2015) Los filos bacterianos que forman la microbiota intestinal son principalmente Bacteroidetes y Firmicutes (90%). El 10 % restante lo componen proteobacterias y otros géneros. También cabe destacar la presencia de virus. En este caso tienen un papel fundamental los bacteriófagos, virus que infectan exclusivamente bacterias, controlando la proliferación de las mismas. También encontramos hongos (como son las levaduras) que, aunque menos abundantes, participan en diferentes funciones intestinales. 4 Sin embargo, la composición microbiológica de la microbiota intestinal es dinámica, cambia a lo largo de nuestra vida desde el nacimiento hasta la vejez, pero también según se avanza a lo largo del tubo digestivo. De igual forma, puede modificarse por otros factores como: el tipo de parto (adquisición de microorganismos diferentes dependiendo de si ha sido vaginal o por cesárea), la dieta alimentaria durante el desarrollo, el uso de antibióticos o la exposición a otras fuentes de microbios (otros miembros de la familia o mascotas) (Álvarez et al., 2021). 1.1.1 Funciones de la microbiota intestinal • Función metabólica (figura 2): abarca diversas reacciones químicas, destacando la degradación de los alimentos, la obtención de productos derivados de los mismos y la síntesis de hormonas o neurotransmisores. La mayoría de los alimentos ingeridos son degradados por las enzimas digestivas presentes a lo largo del tracto digestivo, pero hay algunas excepciones. En estos casos es donde la microbiota adquiere un papel fundamental. La primera excepción son los hidratos de carbono. Los que son de cadena larga no se degradan en el intestino delgado, por lo que son fermentados por bacterias como las del género Prevotella. Cabe destacar que esta afirmación no es absoluta, ya que la composición microbiana se adapta a los diferentes tipos de carbohidratos ingeridos y que no todos son metabolizados mediante la acción bacteriana (Danneskiold-Samsøe et al., 2019). La segunda excepción son las proteínas. La microbiota se encarga de convertir las proteínas ingeridas de los alimentos y las producidas por el organismo en péptidos más sencillos para su absorción. Las bacterias proteolíticas de los géneros Bacteroides y Propionibacterium son las más comunes, encontrándose también de otros géneros (Rowland et al., 2018). La última excepción son los lípidos, que tienen un papel menos conocido. Solo se sabe que algunos de ellos cambian la composición de la microbiota intestinal (Danneskiold- Samsøe et al., 2019) y que los microorganismos que se encuentran en ella, concretamente en el colon, establecen una relación bidireccional con parte de los ácidos biliares (liberados por la vesícula biliar para ayudar en la digestión de los lípidos) que no son absorbidos en el íleon (circulación enterohepática). Dichos microorganismos son capaces de modular las propiedades de los lípidos, mientras que los ácidos biliares 5 tienen carácter antimicrobiano, pudiendo ejercer un control selectivo sobre esta microbiota. Aparte de los nutrientes ya mencionados, a nivel digestivo también sintetizan vitaminas como la K y las del grupo B (Rowland et al., 2018). Figura 2: Relación entre los diferentes componentes alimenticios, microbiota intestinal, metabolitos y sus funciones en la salud del hospedador. BCAA (branched chain amino acid), TMAO (trymethylamine oxid) y SCFA (short chain fatty acid) (Danneskiold-Samsøe et al., 2019) • Función endocrina: la microbiota intestinal se encarga de regular la sensibilidad a la insulina y estimular la mucosa para producir péptidos similares al glucagón y a la tirosina (Álvarez et al., 2021) (figura 3). • Función de barrera: la microbiota junto con el moco secretado por las células caliciformes del intestino crean una barrera protectora. Este moco se encuentra solo en el intestino grueso. En el intestino delgado, las bacterias del género Bacteroides estimulan a las células de Paneth de las criptas intestinales del hospedador para que sinteticen proteínas antimicrobianas. Por otra parte, las bacterias del género Lactobacillus, producen ácido láctico para potenciar las lisozimas, enzimas digestivas encargadas de la degradación de paredes bacterianas y de agentes extraños (Jandhyla et al., 2015) (figura 3). 6 • Función inmunitaria: el tracto gastrointestinal es una de las principales vías de comunicación del cuerpo con el mundo exterior, por lo que debe estar protegido frente a la entrada de patógenos y otros agentes externos. A nivel celular, las líneas de defensas están formadas por células epiteliales, que tapizan todo el sistema y contienen receptores para detectar compuestos xenobióticos y desencadenar cascadas químicas que acaban con la llamada de los linfocitos. También hay otras estructuras, como las Placas de Peyer o los folículos linfoides (Guarner, 2007). Estas células están recubiertas por la capa de moco ya mencionada en la función de barrera, que también participa en dicha protección. La microbiota intestinal tiene así mismo un papel importante en esta función defensiva, evidenciada de forma negativa. Diversos estudios han demostrado que la ausencia de la microbiota produce alteraciones en estructuras del sistema inmune como el bazo y en células como los linfocitos (Takiishi et al., 2017). También cabe resaltar que muchos productos bacterianos sirven tanto para producir factores estimuladores de linfocitos T reguladores (tipo de células linfáticas que modulan la actividad de otras células inmunitarias) como para regularlos (Jandhyla et al., 2015) (figura 3). • Otras: desarrollo del sistema nervioso entérico (parte del sistema nervioso autónomo que inerva al tracto digestivo), motilidad intestinal (Takiishi et al., 2017) o síntesis de neurotransmisores como la serotonina (90%), la dopamina o el GABA (Álvarez et al., 2021). 13 Otro aspecto a resaltar es la mayor prevalencia masculina entre los diagnosticados. Principalmente puede deberse a que, en el sexo femenino, la mayoría de las comorbilidades coincide con otros trastornos psiquiátricos, lo que propicia que se les diagnostique con este último, y no con autismo. También, el ser un grupo de población con mayor interacción social y mayor capacidad de imitación, favorece que “camuflen” sus rasgos propios del autismo, pasando desapercibidas e infradiagnosticadas (Hervás et al., 2012). 3.3 Clasificación actual En el DSM-5 desaparecen los subtipos de los trastornos del neurodesarrollo de la edición 4 (autismo infantil, síndrome de Asperger, autismo atípico, síndrome de Rett, trastornos generales del desarrollo no especificados y trastornos hiperactivos) y pasan a englobarse dentro de una única entidad denominada “Trastorno del espectro autista”. Para realizar un diagnóstico diferencial, este manual establece tres niveles de gravedad en función de las necesidades de ayuda que necesite el individuo (tabla 2). Tabla 2: Niveles de gravedad del trastorno del espectro autista según DSM-5 American Psychiatric Association, 2014. (Hervás & Maraver, 2021). 3.4 Etiología y otros En cuanto a su etiología, es compleja, ya que se trata de una combinación de factores genéticos, epigenéticos y ambientales que en la actualidad están poco definidos (Massini et al., 2020). Este campo está actualmente en investigación, al igual que el trastorno del espectro autista en sí y otros trastornos del neurodesarrollo, por lo que no se puede aportar ningún dato con exactitud. 14 Estudios basados en imágenes han encontrado anomalías en las neuronas de algunas regiones cerebrales en estos pacientes, como son la corteza frontal y sus conexiones con las cortezas parietal y temporal y los núcleos de la amígdala. A nivel bioquímico, se han detectado alteraciones en la permeabilidad de las membranas celulares del sistema nervioso y de las proteínas implicadas en el desarrollo del mismo. Además, se han encontrado anomalías en la sinapsis entre las regiones implicadas en el pensamiento complejo, así como en las estructuras relacionadas con el cerebro social: amígdala, núcleo accumbens y la corteza prefrontal, siendo en la conexión de esta última con otras cortezas y regiones en la que se da más frecuentemente (Martínez-Morga et al., 2018). II. RELACIÓN MICROBIOTA INTESTINAL Y TEA 1. DISBIOSIS En la población TEA se ha encontrado un elevado porcentaje de personas que presentan problemas intestinales (46-84%), siendo los más comunes la diarrea y el estreñimiento (Chernikova et al., 2021). Por otro lado, estudios como CHARGE (Childhood Autism Risks from Genetics and Enviroment) y la lista de verificación de evaluación del tratamiento del autismo (ATEC), muestran la relación entre la gravedad de los síntomas digestivos con una acentuación de los rasgos autísticos. Se establece la hipótesis de que la disbiosis [alteración de la microbiota de la mucosa intestinal que lleva a una mayor permeabilidad del mismo, permitiendo la difusión de moléculas tóxicas y patógenos hacia otras partes del organismo y la consiguiente activación del sistema inmunitario (Fattorusso et al., 2019)] tiene una fuerte relación con este trastorno del neurodesarrollo. Las causas de esta disfunción en la microbiota no están definidas con exactitud (al igual que tampoco su composición en dicha población), pero diversos estudios han apuntado sus conclusiones hacia: una dieta alta en lípidos por parte de la madre durante el embarazo, la lactancia artificial, el tratamiento con antibióticos en los niños durante los primeros años de vida (son muy propensos a tener infecciones de oído) (Fattorusso et al., 2019), la activación del sistema inmune materno, el traspaso de células inflamatorias al feto (Real López et al., 2021) o la dispersión de bacterias perjudiciales desde la cavidad oral a través de la sangre (De la Fuente et al., 2021), entre otros. Cabe destacar que la relación que se establece entre la microbiota y el 15 cerebro en personas TEA es compleja ya que intervienen factores genéticos, epigenéticos (como los ácidos grasos de cadena corta y factor BDNF entre otros) (De la Fuente et al., 2021) y ambientales (Fattorusso et al., 2019). Se han recopilado diferentes estudios (2017-2021) de análisis tanto de la composición de la microbiota (tabla 3), como de los metabolitos producidos por la misma (tabla 4), a partir de la comparación de muestras de heces y biopsias intestinales de niños TEA con las de niños neurotípicos (NT) usados como controles. Los resultados se muestran a continuación: Tabla 3: Diferencias de composición bacteriana en resultados de análisis clínicos realizados a niños tea con respecto a niños neurotípicos. Autoría propia (Fuentes: (Chernikova et al., 2021, Fattorusso et al., 2019 y Real López et al., 2021; De la Fuente et al., 2021). Los signos “+” y “–“indican aumento o disminución de los niveles de las bacterias en la población TEA con respecto a los de la población neurotípica. El número de signos equivale al de estudios que referencian esas diferencias. En la población TEA se observa una mayor proporción en la relación de los filos Bacteroidetes/Firmicutes (Real López et al., 2021) con claro predominio de bacterias del género Bacteroides (Real López et al., 2021, De la Fuente et al., 2021), productoras de ácidos grasos de cadena corta (Fattorusso et al., 2019). También se destaca una mayor presencia de Lactobacillus (Fattorusso et al., 2019, De la Fuente et al., 2021, Real López et al., 2021), que produce ácido láctico, y Desulfovibrio, bacteria resistente a la cefalosporina y que produce metabolitos neurotóxicos como son los lipopolisacáridos (LPS) (Fattorusso et al., 2019. Chernikova et al., 2021, De la Fuente et al., 2021). Éstos compuestos provocan la activación 16 del sistema inmunitario, con la consiguiente liberación de citoquinas inflamatorias que afectan al normal desarrollo cerebral. Se ha demostrado una correlación positiva entre la presencia de dicha bacteria y la gravedad de la sintomatología autística, medida con la Entrevista para el Diagnóstico del Autismo-Revisada (ADI-R) (Fattorusso et al., 2019). También, varios estudios registraron una mayor cantidad de especies del género Clostridium (Clostridium dificile, Clostridium hystolyticum, Clostridium botulinum y Clostridium perfringens) en esta población. Confirman su patogenicidad en estos niños mediante la producción de toxinas y otros metabolitos inflamatorios como p-cresol y propionato, que provocan cambios de conducta y acentuación de los síntomas autísticos (Fattorusso et al., 2019 y De la Fuente et al., 2021). La relación de este género bacteriano con el trastorno del espectro autista se reporta en testimonios de madres cuyos hijos manifestaron cambios de conducta tras ser tratados con antibióticos como la vancomicina para la diarrea crónica. Se observaron mejoras en sus comportamientos, pero, tras finalizar el tratamiento, los problemas de conducta reaparecieron. Esto puede deberse a la presencia de las esporas de estas bacterias, resistentes a los antibióticos y que son infectivas tiempo después (Fattorusso et al., 2019). Por último, se registraron deficiencias en otros géneros entre los que se encuentran: Bifidobacterium, que se caracteriza por su papel protector, antiinflamatorio y que permite un óptimo funcionamiento del tracto gastrointestinal, así como mejoras en las relaciones sociales (visto en experimentos con ratones BTBR, que muestran comportamientos similares al autismo) (Real López et al., 2021, Fattorusso et al., 2019 y Chernikova et al., 2021); Dialister, Veillonella y Prevotella, siendo las dos últimas responsables de la digestión de los hidratos de carbono y de la síntesis de vitaminas (Fattorusso et al., 2019 y De la Fuente et al., 2021). 17 Tabla 4: Diferencias de metabolitos bacterianos en resultados de análisis clínicos realizados a niños TEA con respecto a niños neurotípicos. Autoría propia (Fuentes: Chernikova et al., 2021, Fattorusso et al., 2019 y Real López et al., 2021). Interpretación: IL (interleucina), TNF-α (factor de necrosis tumoral -α), TGF- β (factor de crecimiento transformanteβ), S100B (proteína B de unión al calcio de tipo S100 y 5-HIAA (ácido 5- hidroxindolacético). *Triptófano se encuentra en concentraciones reducidas a nivel cerebral pero aumentadas en la mucosa intestinal. Los signos “+” y “–“indican aumento o disminución de los niveles de las bacterias en la población TEA con respecto a los de la población neurotípica. El número de signos equivale al de estudios que referencian esas diferencias. En las mismas muestras obtenidas para estudiar la comunidad microbiana, se realizó también un estudio comparado de los productos derivados de la microbiota en las poblaciones TEA y de control, obteniéndose los siguientes resultados (tabla 4): se destaca una mayor cantidad de ácidos grasos de cadena corta, sobre todo ácido propiónico y ácido acético. Son resultantes de la fermentación de glúcidos y estimulan la producción de serotonina (Fattorusso et al., 2019, Real López et al., 2021). En la población TEA, las vías metabólicas para dichos compuestos están afectadas (sobre todo en niños con autismo regresivo). Se piensa que interaccionan con el sistema nervioso central mediante la alteración de la función mitocondrial y es uno de los factores epigenéticos más destacables. También destaca una mayor presencia de p-cresol, metabolito producido por bacterias del género Clostridium y que es tóxico para el organismo, llegando a producir serios problemas de conducta, así como deterioro cognitivo (Fattorusso et al., 2019). Además de estos metabolitos producidos por las bacterias intestinales, también se observan otras moléculas presentes en personas con TEA obtenidos en muestras de sangre, heces y orina: a nivel inmunológico, presentan una mayor cantidad de marcadores de inflamación periféricos como interleucina-10 (IL-10), factor de necrosis tumoral -α (TNF-α), que atraviesa la barrera hematoencefálica causando degeneración neuronal (De la Fuente et al., 2021 y Real López et al., 2021) y citoquinas inflamatorias, como el factor de crecimiento transformanteβ (TGF- β), IL-10 e interleucina-6 (IL-6). Todas causan daño cerebral debido a la transmisión materna 18 durante la gestación, sobre todo IL-6 (De la Fuente et al., 2021, Real López et al., 2021 y Fattorusso et al., 2019). También destacan aumentos significativos de la proteína S100B (proteína B de unión al calcio de tipo S100B), indicadora de neuroinflamación y daño en células gliales. Se ha detectado una relación entre esta proteína y el resultado positivo del test ADI-R en el área de comunicación (Real López et al., 2021). Por otro lado, la vía metabólica del nitrógeno se encuentra afectada, de ahí que se produzcan dificultades para su eliminación. Esto provoca neurotoxicidad y alteraciones en las concentraciones de aminoácidos tales como la arginina, el aspartato, el glutamato (este se encuentra en concentraciones elevadas y produce toxicidad neuronal, acentuando así los rasgos autísticos), la serina y otros. También se han encontrado anomalías en la lanzadera malatoaspartato (Real López et al., 2021). Por último, con respecto al metabolismo de la serotonina, se han detectado concentraciones reducidas de su precursor (el aminoácido triptófano) en el cerebro de perfiles dentro del espectro autista. Debido a las frecuentes inflamaciones intestinales y a la presencia de especies del género Clostridium en estos perfiles, se han registrado concentraciones elevadas de serotonina en la mucosa intestinal (obtenido en biopsias), consumiéndose así este aminoácido a la vez que se produce un déficit del mismo en el cerebro. Esto dificulta la síntesis de este neurotransmisor en el SNC, de ahí que se detecten cambios en el estado de ánimo y deterioro cognitivo de los mismos (Fattorusso et al., 2019). Además de las diferencias en cuanto a diversidad microbiana y metabolitos, también se presentan alteraciones en la población TEA a nivel morfológico, como el aumento de la permeabilidad de la barrera intestinal (leaky gut o intestino permeable) (De la Fuente et al., 2021). En experimentos con modelos de ratones con fenotipo autístico, en los que se ha usado un marcador de acoplamiento de isotiocianato de fluoresceína a dextranos, se observó que este se difunde por el epitelio intestinal y llega al torrente sanguíneo, confirmando así la pérdida de integridad de la barrera (Fattorusso et al., 2019). La alteración de la permeabilidad citada también puede deberse a la presencia de bacterias de los géneros Bacteroides y Clostridium, muy comunes en estos perfiles (Real López et al., 2021). Esta puede conllevar el paso de microorganismos y moléculas tóxicas, entre las que se encuentra el lipopolisacárido (LPS) a la sangre y la consiguiente activación del sistema inmunitario, llegando a afectar al SNC y agravando así la sintomatología autista (Fattorusso et al., 2019). A pesar de los resultados obtenidos, hay que aclarar que estos estudios han contado con limitaciones y falta de consenso en sus interpretaciones debido a: la variabilidad de perfiles del 19 espectro autista, los diferentes proporciones entre géneros y edades, las técnicas de toma de muestras, los resultados a corto plazo y no evaluados a largo plazo, los análisis estadísticos, los diferentes tipos de dietas por parte de los participantes, la presencia o no de problemas digestivos, las dificultades a la hora de interpretar la posible relación entre la microbiota y la sintomatología psicológica y gastrointestinal en niños TEA, la obtención de resultados contradictorios y la no obtención de diferencias en algunos análisis entre personas neurotípicas (control) y personas autistas (al igual que en ratones) (De la Fuente et al., 2021, Real López et al., 2021, Fattorusso et al., 2019 y Chernikova et al., 2021). Todo esto debería tenerse en cuenta de cara a futuras investigaciones, procurando la estandarización en los procesos de extracción de muestras y sus posteriores análisis. 2. MICROBIOTA Y CEREBRO SOCIAL Las dificultades en el área social son las que más destacan en los perfiles con trastorno del espectro autista. Vista la implicación de la microbiota con el cerebro a través del eje bidireccional que se establece entre ambos, se plantea la hipótesis de que esta pueda estar involucrada en dicho déficit. Para ello, se han realizado estudios con diferentes tipos de ratones. En primer lugar, se vio que ratones cuyas madres fueron alimentadas con una dieta rica en grasas presentaban déficit social y cambios en su microbiota intestinal, destacando una disminución de Lactobacillus reuteri. Tras esto, se les administró esta bacteria y obtuvieron mejoras en su sintomatología. En segundo lugar, tras observar lo ocurrido tras el tratamiento con la bacteria, se planteó la hipótesis de que esta pudiera mejorar también los déficits sociales en ratones con fenotipo TEA. Para ello, se seleccionaron aquellos individuos que no presentaban la isoforma β del gen SHANK3 (Shank3B −/−), responsable del síndrome de Phelan-McDermid y algunos trastornos del espectro autista en humanos. Primero se analizó si existían diferencias en la composición de la microbiota de estos ratones en comparación con los modelos silvestres (WT). Se obtuvo que ambas microbiotas diferían y que las de los ratones Shank3B −/− además mostraban niveles más bajos de Lactobacillus reuteri. Para ver si esta era la responsable de los problemas sociales, se sometió a los sujetos a experimentos para medir su capacidad de sociabilización antes y después de administrar dicho microorganismo y se observó que, tras el mismo, el ratón sin la isoforma mostró niveles de preferencia social similares al ratón WT. 20 Dado que el TEA ocurre por combinación de factores genéticos y ambientales, también se analizaron ratones que mostraron perfiles autísticos y déficits sociales cuyas madres fueron expuestas al ácido valproico (VPA). En ellos no se encontraron disminuciones en las concentraciones de L.reuteri, pero sí se observaron alteraciones en la concentración de otras bacterias como las de los filos Firmicutes y Bacteroidetes (Fattorusso et al., 2019). Sin embargo, la bacteria L.reuteri sí está relacionada con el ácido valproico de manera indirecta. Los altos niveles de VPA producen reducciones en los niveles de oxitocina, hormona responsable de algunos comportamientos sociales, y que es modulada por L.reuteri. Ratones a los que se les administró dicha hormona por vía intranasal mostraron mejoras en sus déficits sociales, por lo que se probó a introducirles L.reuteri y se obtuvieron resultados positivos a nivel social. Tras esto, se estudió cómo interaccionaba esta especie bacteriana con el sistema nervioso central y se demostró que ocurría a través del nervio vago. Para ello, se realizaron estudios con ratones Shank3B −/− vagotomizados y Sham (se le sometió al mismo procedimiento quirúrgico, pero no se les llegó a quitar el nervio), y se concluyó que los vagotomizados no tuvieron mejoras sociales tras suministrarles la bacteria, cosa que sí funcionó con los ratones Sham (Sgritta et al., 2019). También se han llevado a cabo experimentos de implantación de microbiota fecal de ratones neurotípicos a otros ratones libres de gérmenes (germ-free), que mostraban déficits en el área social y mejoraron significativamente (Chernikova et al., 2021). Por otra parte, también se han encontrado también relaciones entre la microbiota y algunas estructuras cerebrales asociadas al comportamiento social y emocional como son: ● Amígdala: se encarga de procesar la interacción social. Diversos estudios confirman que la presencia de la microbiota y su diversidad es fundamental para la regulación de la expresión génica social inducida en ella, así como su conexión con el resto de las neuronas durante el desarrollo cerebral. Otros estudios han demostrado que niveles excesivos de ácido propiónico (común en personas con perfiles TEA) altera esta estructura cerebral en roedores. Dada la fuerte relación entre las alteraciones de la amígdala y el TEA, recogida en numerosas investigaciones, y el conocimiento de la implicación de la microbiota en ella, esta información habría que tenerla en cuenta de cara a futuras investigaciones. 21 ● Corteza insular: es responsable del procesamiento socioemocional y las conexiones entre las diferentes regiones de la misma son deficitarias en el TEA. Hasta la fecha no hay constancia de ningún estudio que relacione este trastorno del neurodesarrollo con la corteza, pero sí los hay de personas que sufren el síndrome del intestino irritable. En ellas, el grosor de su corteza está modificado tanto por el síndrome como por su composición distinta de la microbiota. También diversos niveles de compuestos de tipo indol, provenientes del metabolismo bacteriano, afectan al correcto funcionamiento de la corteza insular en individuos sanos. Todo esto podría servir para futuras investigaciones acerca de la relación de la microbiota con la corteza insular en personas TEA (Chernikova et al., 2021). 3. MACHINE LEARNING Y LA MICROBIOTA INTESTINAL COMO FUTURA HERRAMIENTA DE DIAGNÓSTICO PRECOZ EN EL TEA Tener un diagnóstico de TEA a edad temprana es fundamental para iniciar una pronta intervención de los especialistas que mejore la calidad de vida de las personas afectadas. Con esta finalidad, existe un tipo de inteligencia artificial que se denomina machine learning o aprendizaje automático, en la que, a través de la introducción de varios conjuntos de datos en ordenadores, se pueden identificar patrones que posteriormente servirán para crear modelos que realizan predicciones sobre lo analizado (https://azure.microsoft.com/es-es/overview/what-is- machine-learning-platform/ ). Esto, junto con el conocimiento sobre la relación microbiota-TEA, puede ser de utilidad para la creación de programas que, mediante el análisis de bases de datos de diferentes componentes de la microbiota, tanto en perfiles TEA como en neurotípicos, elaboren patrones que puedan ser utilizados posteriormente como herramienta de diagnóstico para este trastorno del neurodesarrollo. Un ejemplo de ello es un estudio que utilizó el aprendizaje automático para analizar la diversidad de la microbiota en ambas poblaciones. Para ello, en primer lugar, se recopilaron datos de secuencias metagenómicas del ARN16s (exclusivamente de microbiota intestinal) de la base de datos Sequence Read Archive y se obtuvieron 51 registros (también se incluyeron cinco estudios de 169 personas TEA y 128 personas neurotípicas). A continuación, se realizaron análisis estadísticos para determinar diferencias entre las poblaciones de estudio como son: análisis de componentes principales, de Wilcox y de Lefse. En cuanto a los modelos de 22 aprendizaje automático, se utilizaron los siguientes: random forest (RF), multilayer perceptron (MLP), support-vector machine (SVM) y decision trees (DT), todos basados en taxonomía bacteriana. Tras esto, se obtuvieron los siguientes resultados: en cuanto a la biodiversidad, se registraron niveles bajos de diversidad alfa (se utilizaron cinco índices para ello, siendo uno el de Shannon) y beta en perfiles autísticos en comparación con las de neurotípicos. En cuanto al establecimiento de biomarcadores TEA a partir de la microbiota, se utilizaron los análisis de prueba de suma de rangos de Wilconxon, Lefse y RF y se concluyó que los géneros Prevotella, Megamonas, Desulfovibrio, Megasphaera, Catenibacterium, Ruminococcus, Roseburia y Geobacter serían candidatos para ello, ya que son comunes en dos de los tres análisis realizados. De entre los géneros anteriores, Prevotella mostró una diferencia significativa entre las poblaciones en el análisis de Wilcox (Wu et al., 2020). Siguiendo la misma metodología anterior de diseño de aprendizaje automático, otro estudio se basó en determinar la relación entre el genoma de la microbiota con el actor de virulencia (son compuestos químicos producidos por microorganismos, sobre todo patógenos, para desarrollarse en el hospedador y causar enfermedades) y la relación de los mismos con el TEA y los niveles de inmunoglobulina A (IgA), que realiza un papel inmunitario en las mucosas intestinales para controlar la población de microorganismos presentes en ellas. En estudios previos se ha visto un aumento de las mismas en la población TEA en comparación con los sujetos neurotípicos. Todo esto tiene como objetivo encontrar un posible biomarcador para el TEA, y utilizarlo después para realizar un modelo de aprendizaje automático (figura 5). Ejemplo de ello es un estudio en el que eligieron como sujetos a niños entre 2 y 8 años que cumpliesen los siguientes requisitos: que tengan un diagnóstico de autismo según el manual psiquiátrico DSM-5, que carezcan trastornos mentales asociados ni tampoco haber tomado antibióticos en el mes previo al estudio (concretamente fueron 43 niños con TEA, de los cuales 7 fueron niñas y 31 niños Figura 5: Diseño de un diagrama de flujo de aprendizaje automático. ASD (autistic spectrum disorder), TD (typical development), VFDB (virulence factor database), VFGM (virulence factor-related gut microbiota), IgA (inmunoglobulin A), LDA (linear discriminant analysis), ROC (receiver operating characteristic) y GBS (group B streptococcus), VF (virulence factor) (Wang et al., 2021) 29 ● Sebastián-Domingo, J. J., & Sánchez-Sánchez, C. (2018). De la flora intestinal al microbioma. Revista Española de Enfermedades Digestivas, 110(1), 51-56. ● Sgritta, M., Dooling, S. W., Buffington, S. A., Momin, E. 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