La modulación profiláctica del microbioma y el perfil de las características del microbioma previo a la infección en los cerdos ofrece una oportunidad única de considerar posibles vías de utilización del microbioma para prevenir la enfermedad, según han demostrado las investigaciones de los Estados Unidos.
El microbioma intestinal es el término utilizado para describir la colección de microorganismos que viven en el tracto gastrointestinal. Estos microorganismos son muy diversos, incluyendo virus, bacterias, protozoos, hongos y archaea, y se ha informado que igualan o superan en número a las células del huésped. Es importante señalar que el microbioma intestinal desempeña un papel fundamental al proporcionar una barrera intestinal protectora, digerir y metabolizar los nutrientes y desarrollar, así como mantener, la inmunidad.
Como se indica en la figura 1, varios factores y acontecimientos influyen en la exposición microbiana inicial y la colonización del intestino de los lechones en las primeras semanas de vida, entre ellos la vía de nacimiento, la piel de la cerda y el microbioma fecal, la dieta durante la lactancia y la transición a los alimentos sólidos, la filtración en el establo y el alojamiento, la infección, la exposición a los antimicrobianos y el estrés durante el procesamiento. A menudo, estos eventos pueden desempeñar un papel en la formación del microbioma durante toda la vida de un cerdo de producción. La relación, el equilibrio y las interacciones mecánicas entre estos microbios en el intestino son extremadamente complejos y no se comprenden bien en estados de salud o enfermedad. Sin embargo, cada vez hay más pruebas que indican el papel beneficioso que la diversidad y la composición de los microbiomas intestinales desempeñan en el resultado de las enfermedades infecciosas.
Figura 1 – La colonización microbiana inicial se ve afectada por varios factores en la vida temprana de un lechón recién nacido. Las intervenciones que afectan a estos factores ofrecen oportunidades para dar forma a los microbios intestinales para que tengan características beneficiosas o perjudiciales.
El creciente interés en el microbioma
Históricamente, el impacto del microbioma intestinal en las enfermedades infecciosas se ha centrado en las infecciones gastroentéricas que causan diarrea, debido a las interacciones aparentemente inherentes de los microbios beneficiosos y patógenos en el intestino. Por ejemplo, los cerdos caracterizados como susceptibles a la Escherichia coli enterotoxigénica tuvieron una reducción de la diversidad bacteriana intestinal en comparación con los cerdos considerados no susceptibles. Más recientemente, se ha ampliado el interés por el microbioma y sus efectos en las enfermedades infecciosas, para incluir a los patógenos que afectan principalmente a las vías respiratorias. Dado que las enfermedades respiratorias infecciosas polimicrobianas son una de las principales causas de morbilidad y mortalidad en los cerdos en crecimiento, el microbioma intestinal ha surgido como una estrategia alternativa en el control y la prevención de esas infecciones.
El eje intestino-pulmón es el término utilizado para describir cómo el microbioma intestinal, probablemente a través de los productos del metabolismo microbiano y la modulación de la inmunidad sistémica, se comunica con el tracto respiratorio y tiene el potencial de afectar los resultados posteriores a las infecciones respiratorias. Varios estudios publicados han demostrado una asociación beneficiosa entre la diversidad de los microbiomas y los resultados después de una infección con patógenos respiratorios virales, bacterianos e incluso fúngicos en modelos de enfermedades humanas en ratones. Por ejemplo, el aumento de la diversidad microbiana intestinal se ha asociado con la reducción de la mortalidad, la disminución de las lesiones pulmonares y el aumento de la fagocitosis de los macrófagos alveolares tras una infección respiratoria por Streptococcus pneumoniae. De manera similar, en los cerdos, el aumento de la diversidad microbiana intestinal se ha asociado con la reducción de los signos clínicos y la disminución de las lesiones pulmonares después de una infección respiratoria por Mycoplasma hyopneumoniae.
Impacto de las enfermedades respiratorias
El virus del síndrome respiratorio y reproductivo porcino (PRRSV) y el circovirus porcino tipo 2 (PCV2) son dos de los patógenos más importantes que afectan a la industria porcina en todo el mundo. Las coinfecciones son comunes a escala mundial, lo que da lugar a pérdidas en la producción porcina al reducirse el aumento de peso y causar enfermedades respiratorias en los cerdos en crecimiento. Ambos virus modulan el sistema inmunológico, lo que da lugar a una inmunopatología de los linfocitos y los macrófagos. La inmunosupresión resultante aumenta el riesgo de patógenos bacterianos primarios y secundarios y, por consiguiente, aumenta la necesidad de un tratamiento antimicrobiano. Desde que se introdujo la PRRSV hace casi tres décadas, se calcula que ha costado unos 1.000 millones de dólares de pérdidas en la producción porcina. El análisis más reciente del costo de la PRRSV sólo para la industria de los EE.UU. es de $ 664 millones por año. Las pérdidas económicas se deben a la disminución de la producción combinada con el aumento de los costos de tratamiento y vacunación. Aunque las vacunas de virus vivos modificados (VLM) del PRRS actualmente disponibles se consideran en general inadecuadas para el control de enfermedades, se utilizan ampliamente para reducir las pérdidas asociadas al PRRS. Los programas diseñados para la eliminación a largo plazo del PRRSV de un rebaño suelen ser infructuosos y es común la reintroducción del PRRSV. Se necesitan estrategias alternativas para el control de la PRRSV. El microbioma intestinal ofrece un enfoque no tradicional para mejorar el aumento de peso y reducir la morbilidad y la mortalidad asociadas a las enfermedades respiratorias en presencia de PRRS.
Teniendo en cuenta el posible impacto del microbioma intestinal en los patógenos respiratorios, la labor de laboratorio se centró en la identificación de asociaciones entre la microbiota intestinal y el resultado de la enfermedad en los cerdos, como la gravedad de los signos clínicos y el aumento de peso, se ha realizado utilizando un modelo de coinfección PRRSV/PCV2. Este trabajo inicial demostró que el microbioma fecal estaba asociado con el resultado clínico de los cerdos 70 días después de la infección con PRRSV y PCV2. Concretamente, la reducción de los signos clínicos, la mejora del aumento de peso y la reducción de la patología pulmonar se asociaron con una mayor diversidad de microbiomas y la presencia de una Escherichia coli no patógena en las heces. Tras este trabajo inicial, el segundo objetivo era determinar si las características de los microbiomas fecales presentes en el momento de la exposición al virus se asociaban con el resultado posterior tras la coinfección con PRRSV y PCV2. En general, los cerdos con altas tasas de crecimiento, menor replicación de virus y neumonía microscópica menos grave presentaban varias características de los microbiomas fecales que podían predisponer o predecir el resultado, entre ellas el aumento de la diversidad microbiana, la reducción de las especies de Methanobacteriaceae, el aumento de las especies de Ruminococcaceae y el aumento de las especies de Streptococcaceae.
Trasplante de microbiota fecal
Una vez confirmada la relación entre el microbioma intestinal y el resultado después de la coinfección, el tercer objetivo era investigar la modulación del microbioma como posible herramienta para mejorar el resultado de la enfermedad respiratoria. Se utilizó el trasplante de microbiota fecal (FMT) para modular el microbioma y reducir los efectos de la coinfección PRRSV/PCV2. Concretamente, se recogieron microbios fecales de cerdas con varias características de alta salud y productividad, entre ellas una alta paridad, camadas grandes, un alto porcentaje de lechones nacidos vivos, una baja mortalidad antes del destete, ningún historial de momificación fetal y ningún tratamiento antimicrobiano recibido en los 15 meses anteriores a la donación. El TFM se administró a los lechones destetados durante los días previos a la coinfección y se comparó con los controles salinos de simulación de trasplante. Los cerdos que recibieron el FMT tuvieron una reducción de la morbilidad y la mortalidad, una disminución de la replicación del virus, una mejor uniformidad en el aumento de peso y una mayor respuesta inmunológica, como lo demuestra el aumento de la producción de anticuerpos. Este estudio aporta pruebas de que la modulación microbiana a través del FMT puede ser una herramienta alternativa en la atención sanitaria preventiva de los cerdos con riesgo de enfermedad respiratoria polimicrobiana.
A menudo, en los estudios de los microbiomas publicados en las especies de interés, las asociaciones con la enfermedad se definen después de que ésta ya se haya producido, lo que limita la capacidad de comprender cómo el microbioma puede predisponer el desarrollo de la enfermedad o excluir el efecto de la enfermedad sobre la microbiota. Por ejemplo, en varios estudios se ha caracterizado el microbioma de los seres humanos obesos por su mayor capacidad de extraer energía de los alimentos debido a la relativa abundancia de 2 filas bacterianas primarias, Firmicutes y Bacteroidetes. Sin embargo, estas características del microbioma suelen definirse en pacientes obesos que ya presentan la enfermedad. Las alternativas a los antimicrobianos y las herramientas no convencionales para el control de enfermedades son una necesidad esencial para la atención sanitaria en la producción de animales destinados a la alimentación. La modulación de los microbiomas es una estrategia alternativa prometedora, debido a su papel en la inmunidad, la capacidad de promover la salud intestinal y mejorar la respuesta a la infección.
Efectos beneficiosos
Se ha demostrado que el trasplante de microbiota fecal tiene importantes efectos beneficiosos para la salud y el crecimiento de varias especies de ganado. Se desconoce en gran medida el mecanismo por el cual el TFM es eficaz, pero se cree que está asociado principalmente con un aumento de los microbios intestinales beneficiosos y la modulación de la inmunidad mucosa y sistémica. Específicamente en este trabajo, el TFM antes de la coinfección por PRRSV/PCV2 se asociaba con una reducción del 70% de la mortalidad y del 60% de la prescripción de tratamientos antimicrobianos parenterales. Aprovechar las características beneficiosas de los individuos de alto rendimiento a través de sus microbiomas intestinales es una oportunidad excitante, y probablemente subestimada, para aumentar la salud de la manada de cerdos.
Paralelamente a la hipótesis de la higiene en los humanos
La producción porcina moderna puede establecer interesantes paralelismos con la hipótesis de la higiene en los seres humanos, donde el aumento de la sanidad, la reducción de la exposición a los microbios en las primeras etapas de la vida y el uso frecuente de productos antimicrobianos se han asociado con una mayor susceptibilidad a determinadas enfermedades. Además, el tema general de este trabajo ha sido que el aumento de la diversidad microbiana y la exposición microbiana a través de los transplantes se asocian con un mejor resultado después de una enfermedad respiratoria infecciosa. Es importante señalar que el microbioma intestinal y la salud general del intestino pueden tener repercusiones en la salud de todo el cerdo, incluidas las vías respiratorias. A medida que avanzamos en la reducción del uso de antimicrobianos y en el aumento de la administración de antimicrobianos, hay mucho que aprender sobre la mejor manera de promover los microbios intestinales beneficiosos para mejorar la salud respiratoria del cerdo.
Referencias disponibles previa solicitud
Este artículo se basa en una presentación que se hizo en el «Congreso de carne de cerdo de alta calidad» de Merck/MSD Animal Health en Italia en octubre de 2018, así como en las publicaciones de Niederwerder en las revistas «Veterinary Microbiology, Frontiers in Microbiology» y «Veterinary Immunology and Immunopathology».
