Cross-feeding: por qué la misma lista de bacterias no es la misma microbiota

Qué es la alimentación cruzada

La alimentación cruzada —cross-feeding en la literatura— es el intercambio de metabolitos entre microorganismos: lo que una especie excreta como producto final es el sustrato de otra. No es un fenómeno marginal ni una curiosidad de laboratorio: es el modo normal de funcionar de una comunidad anaerobia densa, donde ningún organismo lleva la reacción de principio a fin.

La consecuencia es la que da título a este artículo. Dos muestras pueden compartir la lista de especies y las abundancias, y aun así no describir el mismo ecosistema, porque lo que determina la función no es solo quién está presente, sino si están a la vez los dos extremos de cada intercambio.

Del acetato al butirato: el relevo mejor descrito

El acetato es el ácido graso de cadena corta más abundante del colon y lo liberan muchísimos fermentadores. Especies como Faecalibacterium prausnitzii, Roseburia spp. o Eubacterium rectale tienen documentada su captación desde el medio para convertirlo en butirato, mediante la ruta butiril-CoA:acetato CoA-transferasa.

Dicho de otra manera: según esa literatura, parte del butirato que llega al colonocito procede del producto de desecho de otro microorganismo. El butirato cierra el recorrido porque no lo consume ningún otro miembro de la comunidad: lo absorbe el epitelio. Lo mismo ocurre con el propionato. Son los dos metabolitos finales de la red.

El gremio de productores de butirato es amplio y filogenéticamente diverso —desde Faecalibacterium hasta géneros menos citados como Butyricicoccus, descrito por Eeckhaut y colaboradores (2008)—, lo que le da cierta redundancia. No todos los gremios la tienen.

Lactato y succinato: los otros dos relevos

El lactato lo producen bifidobacterias, lactobacilos y estreptococos. El metabolismo de carbohidratos de las bifidobacterias, revisado por Pokusaeva y colaboradores (2011), lo sitúa como salida habitual de la vía del bifid shunt. En un colon adulto sano no suele acumularse, porque se consume casi al ritmo al que se produce: Anaerostipes hadrus y Anaerobutyricum hallii lo convierten en butirato, y Veillonella spp. en propionato.

El succinato lo liberan Bacteroides y Prevotella durante la fermentación. Watanabe y colaboradores (2012) describieron Phascolarctobacterium succinatutens precisamente por esto: es asacarolítico, no fermenta azúcares, y vive del succinato que sueltan otros, devolviéndolo a la red como propionato.

Son tres relevos distintos con la misma estructura —productor, intermediario, consumidor, metabolito final— y con una diferencia importante entre ellos: cuánta gente puede ocupar cada puesto.

Gremios y redundancia: dónde es frágil la red

Un gremio funcional agrupa a los microorganismos que explotan el mismo recurso de la misma manera, con independencia de su parentesco. Es un concepto prestado de la ecología clásica que resuelve un problema muy real del análisis de microbiota: la composición taxonómica varía muchísimo entre personas sanas, pero el reparto por funciones es bastante más estable.

Cuando muchas especies no emparentadas cubren una misma función, perder una no cambia el resultado: es la redundancia funcional. Y al revés: cuando el consumo de un intermediario depende de un puñado de especies, ese tramo es el punto frágil. El gremio del acetato es robusto; el de los consumidores de lactato, mucho menos.

Cómo cambia la lectura de un informe

Leer por gremios cambia la pregunta. No es «¿tiene poca Faecalibacterium?», sino «¿hay quien convierta el acetato en butirato, y hay acetato que convertir?». La primera pregunta se contesta con una cifra; la segunda, mirando los dos extremos a la vez.

Conviene además separar dos cosas que se confunden con facilidad. Una capacidad documentada es una función descrita en la literatura para un organismo, con su referencia. Un flujo es cuánto de esa reacción está ocurriendo. Un análisis de composición describe lo primero; no mide lo segundo. Es una afirmación más estrecha, y también más defendible.

Qué hacemos en AIMA

La pestaña de Ecología microbiana de la plataforma reconstruye, para cada muestra, la red de interacciones entre los microorganismos efectivamente detectados en ella: quién produce cada compuesto, quién lo consume y en qué metabolito final acaba el recorrido. Cada par lleva las referencias que lo documentan, y los compuestos sin consumidores presentes se dibujan con el lado vacío en vez de desaparecer.

Las relaciones proceden de tres fuentes versionadas —NJC19 (CC0-1.0), BugSigDB (CC BY 4.0) y las relaciones curadas por nuestro equipo—, y el subgrafo de cada muestra se guarda junto con la versión de las fuentes y del algoritmo, de modo que un informe emitido se reconstruye idéntico más adelante.

Hay una explicación más extensa del modelo en Ecología microbiana intestinal y las definiciones una a una en el glosario.