Muchas patologías crónicas están relacionadas con una mala dieta, sobre todo con la ingesta de productos ultraprocesados. También con una disfunción de la comunidad de microorganismos instalada en nuestro tracto digestivo (microbiota intestinal): obesidad, diabetes tipo 2, enfermedades cardiovasculares, cánceres, enfermedades psicológicas y digestivas. Estas asociaciones, observadas por científicos de disciplinas diferentes pero complementarias, nos llevan a preguntarnos acerca de los vínculos que se han forjado, a lo largo de la evolución, entre los factores abióticos (las características de nuestros alimentos) y los bióticos (microorganismos) del ecosistema intestinal humano.

Artículo de Anthony Fardet (Chargé de recherche, UMR 1019 – Unité de Nutrition humaine, Université de Clermont-Auvergne) y  Gérard Fonty(Directeur de recherche émérite, Centre national de la recherche scientifique – CNRS)

Si la alimentación tiene un impacto en nuestra salud, en parte es porque afecta a la diversidad de la microbiota intestinal y a sus actividades. También es importante tener una dieta variada, rica en frutas, verduras y otros productos vegetales cuyo contenido nutricional debe ser lo más parecido posible al de antes de su recolección.

¿Cuáles son los nutrientes de los vegetales? Su pared forma una compleja red compuesta principalmente de polímeros de carbohidratos (hasta un 90 % de celulosa, hemicelulosa, pectinas), pero también de polímeros no carbohidratos (lignina, proteínas, lípidos), minerales y diversas sustancias que varían dependiendo de la especie. Es en los primeros donde se concentra gran parte de la energía procedente de la fotosíntesis.

La cohesión entre los componentes de la pared está garantizada por enlaces químicos cuya complejidad aún no está del todo clara. Sin embargo, se sabe que está formada por una agrupación de microfibrillas de celulosa, que se insertan en una matriz de hemicelulosa y pectina.

La pared también contiene lignina: esta aumenta su rigidez y le da una gran resistencia mecánica y química. Finalmente, dependiendo de la especie, se observa una mineralización (sílice, calcio) o una gelificación (gomas, mucílagos) de las paredes, por acumulación de sustancias que se depositan por incrustación o adcrustación (ceras, suberinas, cutina, esporopolenina).

La matriz vegetal, alimento de la microbiota

La celulosa es un homopolímero lineal constituido por unidades de D-glucosa. El grado de polimerización está comprendido entre 250 y 15 000, y el ensamblaje en paralelo de 16 a 18 cadenas de celulosa constituye una microfibrilla. Cada microfibrilla presenta zonas cristalizadas, bien estructuradas, y otras regiones llamadas amorfas donde las cadenas no están bien ordenadas. En cuanto a las fibras, son estructuras de macrofibrillas formadas por la asociación de microfibrillas.

La hemicelulosa, por otro lado, es un heteropolímero. Se une a las microfibrillas de celulosa, en las que puede estar atrapada, mediante puentes de hidrógeno. Su estructura se caracteriza por una cadena lineal principal de glucosa, manosa o xilosa. La mayoría de las cadenas principales están conectadas y contienen pentosas, hexosas y ácidos urónicos. Dependiendo de su estructura primaria, se dividen en cuatro grupos: xiloglucanos (xilanos y arabinoxilanos), manoglucanos (glucomananos y galactomananos), β-glucanos y xiloglucanos, cuya proporción varía según la especie vegetal y el tejido biológico.

La pectina, otro compuesto esencial en la pared de la planta, es rica en ácido galacturónico (70 % de la molécula). Se pueden encontrar hasta diecisiete monosacáridos diferentes, con más de veinte tipos de enlaces. Además, puede estar fuertemente esterificada por grupos metilo y acetilo: existen, por tanto, pectinas altamente metiladas (DM > 50 %) y poco metiladas (DM < 50 %).

Por último, los polímeros pécticos se clasifican en tres grupos: homogalacturonanos (HG), ramnogalacturonanos I (RGI) y ramnogalacturonanos II (RGII), aunque pueden sustituirse, en raras ocasiones, por otros galacturonanos (xilogalacturonanos y apiogalacturonanos).

Más tratamientos, menos fibra

Los tratamientos tecnológicos —como el refinado de granos o el prensado de frutas- reducen el contenido de fibra de los productos vegetales. En los alimentos ultraprocesados, que a menudo consisten en recombinaciones de ingredientes purificados junto con aditivos, el contenido se reduce considerablemente.

Se calcula que los franceses ingieren unos 20 g de fibra al día, cuando lo recomendable es consumir unos 30 g. Cabe señalar que, tomada en forma de suplementos dietéticos, la fibra no tiene la complejidad estructural ni, por tanto, la riqueza de los productos naturales. La ingesta de fibra es insuficiente con respecto a las necesidades de nuestra microbiota intestinal.

No obstante, esta microbiota desempeña numerosas funciones esenciales.

En los humanos, como en el resto de los animales, se caracteriza por su gran diversidad (hay varios cientos de especies pertenecientes a Archaea y Bacteria, pero también virus de bacterias). Es, además, responsable de las funciones básicas que solo los microorganismos pueden realizar, como la digestión de los principales componentes de las plantas y la síntesis de vitaminas, pero también de la producción de varios metabolitos, como el butirato, que constituye una fuente de energía para las células del epitelio intestinal y cuyo papel protector contra el cáncer de colon está bien estudiado.

Un trabajo en cadena para digerir la fibra

La microbiota intestinal no se distribuye uniformemente a lo largo del tracto digestivo. De hecho, su concentración y diversidad son máximas (10 mil millones de células por mililitro de contenido) en el colon, y ahí es donde se digieren las fibras vegetales aportadas por las frutas y verduras. En el intestino delgado, la comunidad microbiana es mucho menos abundante, y participa principalmente en el desarrollo y la estimulación de nuestro sistema inmunológico.

Debemos destacar que la digestión de la fibra vegetal solo es procesada por microorganismos. Porque, excepto estos últimos, todos los seres vivos, incluido el ser humano, carecemos de las enzimas que llevan a cabo la degradación de los diversos polímeros que la componen, es decir, celulosa, hemicelulosa y pectinas.

El proceso es complejo. En él intervienen varios grupos microbianos, organizados en cadena trófica para contrarrestar la gran especialización de los microorganismos. Esta cadena asegura la circulación de la materia (y, por tanto, de la energía bioquímica) entre los diversos componentes del ecosistema, asegurando su cohesión y estabilidad, y se lleva a cabo en varias etapas.

En la primera, los microorganismos hidrolíticos (fibrolíticos) degradan los poliholósidos de las paredes vegetales y liberan moléculas fermentables simples, principalmente numerosos fragmentos osídicos. A continuación, con la ayuda de otras bacterias, que componen el segundo eslabón de la cadena alimentaria, estas especies hidrolíticas utilizan los compuestos solubles como fuentes de energía para la fermentación. Estos procesos generan ácidos grasos de cadena corta (AGCC), metabolitos intermedios (ácidos láctico, succínico y fórmico) y gases (H2 y CO2).

Mientras que los primeros son fuentes conocidas de energía para los seres humanos, los segundos son consumidos rápidamente por las bacterias. El hidrógeno es utilizado por los microorganismos hidrogenotróficos, que constituyen el tercer eslabón de la cadena. Finalmente, dependiendo de cada individuo, encontramos arqueas que reducen el CO2 en metano, bacterias que crean acetato, y otros microorganismos que producen sulfuro de hidrógeno.

¿Por qué es importante la diversidad microbiana?

La respuesta radica principalmente en la multitud de funciones que debe realizar la microbiota para degradar y fermentar los alimentos. Pero también debemos tener en cuenta las otras funciones que desempeña, igualmente cruciales para nuestra nutrición y nuestra salud: estimulación del sistema inmunológico, producción de vitaminas, producción de metabolitos esenciales para nuestro sistema cardiovascular y nuestro cerebro. En definitiva, las diferentes comunidades microbianas están muy especializadas en las funciones que desarrollan.

Dentro de cada grupo funcional, las especies ocupan nichos ecológicos que varían dependiendo de ciertos parámetros. En primer lugar, en función de las características fisiológicas: afinidad por el sustrato, eficiencia energética, energía de mantenimiento, capacidad de adhesión del sustrato, resistencia a la acidez, respuesta a los gradientes de concentración de sustrato, etc. A continuación, dependiendo de la naturaleza de las muchas interacciones que las especies han forjado entre ellas: competencia, sinergia, transferencia de hidrógeno, complementariedad nutricional.

La complejidad de las estructuras vegetales, su gran heterogeneidad, sus propiedades, la diversidad de los enlaces químicos, tanto dentro de los polímeros como entre ellos, o incluso la propia diversidad de los compuestos de los tejidos vegetales requieren por parte de los microorganismos una amplia variedad de estrategias y mecanismos perfectamente adaptados: adherencia a las fibras, debilitamiento y deconstrucción de tejidos, y multiplicidad y complementariedad de las enzimas hidrolíticas.

Estos mecanismos, que difieren de una especie a otra, son complementarios. Se basan en una organización espacial, funcional y metabólica de las especies microbianas, con innumerables nichos ecológicos correspondiente cada uno de ellos a un biotipo microbiano específico.

¿Cuál es el impacto de los alimentos ultraprocesados?

Por su naturaleza, presentación, cantidades y frecuencia con la que se ingiere, todo alimento tiene necesariamente un impacto en el equilibrio de la microbiota intestinal. De él depende el suministro de nutrientes y energía a la comunidad de microorganismos. Al ser degradado y fermentado, actúa sobre los parámetros fisicoquímicos del medio, los cuales, a su vez, condicionan todo el equilibrio de las poblaciones de microbios.

Desde este punto de vista, un alimento ultraprocesado no tiene las mismas propiedades que un producto natural. Si bien puede tener una composición de macronutrientes equivalente, a menudo carece del efecto «matriz». Además, dado que las interacciones entre sus compuestos y su contenido en fibra no son los mismos, no ofrece un número tan elevado de nichos ecológicos. Esto alterará el flujo de energía en el ecosistema. Como resultado, la naturaleza y la concentración de metabolitos formados por bacterias será diferente (por ejemplo, con menos AGCC). Por último, al igual que los edulcorantes y emulsionantes, algunos aditivos pueden alterar el equilibrio microbiano.

Se sabe que la microbiota de los grandes simios (gorilas, bonobos, chimpancés) es mucho más variada que la de los humanos. También es rica en Fibrobacter, un género bacteriano fuertemente involucrado en la degradación de los poliholósidos vegetales, mientras que la microbiota humana puede contener muchos Bacteroides, bacterias implicadas en la digestión de proteínas y grasas. Estas diferencias pueden explicarse por los cambios en la dieta, pues los grandes simios se alimentan principalmente de alimentos vegetales naturales. En cuanto a la disminución de la diversidad, es más pronunciada en los países altamente industrializados, especialmente en los Estados Unidos, donde la proporción de productos ultraprocesados en la alimentación es mayor que en Europa o Asia.

En general, a lo largo de la evolución, los seres humanos han reducido su capacidad para digerir compuestos vegetales. La consiguiente pérdida de diversidad en la microbiota intestinal disminuye la resistencia a los problemas alimentarios o ambientales, haciéndola más vulnerable.

Como acabamos de mencionar en este artículo, existe por tanto un fuerte vínculo entre las características de nuestros alimentos y nuestra microbiota intestinal. Por los metabolitos que produce al descomponer lo que comemos, esta colonia de microbios afecta directamente a nuestra nutrición. Pero su funcionamiento depende de la naturaleza y de las propiedades de los alimentos, y especialmente de su matriz fibrosa.

Tal hallazgo, consensuado entre los microbiólogos, da fuerza al discurso de los nutricionistas: estos recomiendan la ingesta de productos vegetales poco procesados y muy variados (la regla de las 3 V) con el fin de aportar una gran cantidad de diferentes fibras a la microbiota, en una forma de matriz preservada.

Pero, por supuesto, existen otros parámetros que pueden alterar el funcionamiento de la microbiota como terapia antibiótica y estrés. Por lo tanto, debemos evitar que sus efectos se acumulen o, peor aún, que actúen en sinergia. Una visión holística de las cuestiones alimentarias (el efecto «matriz» de los alimentos, los modos de producción y de consumo), el estilo de vida y la salud es, ahora más que nunca, algo indispensable.