Las bacterias intestinales transfieren un antioxidante de hongos para potenciar la producción de energía anaeróbica

El intestino humano es un ambiente pobre en oxígeno donde las bacterias deben recurrir a estrategias alternativas para generar energía. Un mecanismo bien conocido es la alimentación cruzada microbiana (*microbial cross-feeding*), en la que algunas bacterias convierten compuestos dietéticos en aceptores de electrones que las bacterias vecinas utilizan para la respiración anaeróbica. Este estudio revela una vía de alimentación cruzada previamente desconocida, centrada en la ergotioneína (EGT), un antioxidante que contiene azufre y se encuentra en abundancia en los hongos y los alimentos fermentados.

Mediante metabolómica por LC-MS, los investigadores identificaron que <em>Clostridium symbiosum</em>—un comensal intestinal humano común—codifica enzimas ergotionasas (CLOSYM_01531 y CLOSYM_03165) que escinden la EGT en trimetilamina (TMA) y ácido tiurocanínico (TUA). La expresión heteróloga de estas enzimas en <em>E. coli</em> confirmó que son suficientes para llevar a cabo esta actividad catalítica. Una búsqueda filogenómica en la Genome Taxonomy Database reveló que los homólogos de ergotionasa son prevalentes en Clostridia, Bacilli y Gammaproteobacteria, pero están ausentes en Bacteroidia, lo que establece una división taxonómica entre los degradadores de EGT y los posibles consumidores de TUA.

Experimentos con comunidades fecales de tres cepas de ratones de distintos proveedores revelaron diferencias específicas según el proveedor en el metabolismo de la EGT: las comunidades de Charles River (CR) convirtieron completamente la EGT en un derivado reducido de TUA—el ácido 3-(2-tiona-imidazol-4-il)-propiónico—mientras que las comunidades de Taconic produjeron TUA pero no el producto reducido, y las comunidades de Jackson Laboratory mostraron un metabolismo mínimo de EGT. Los investigadores identificaron a <em>Bacteroides xylanisolvens</em> DSM 18836 y <em>B. ovatus</em> ATCC 8483 como capaces de reducir el TUA, completando así la vía de alimentación cruzada de dos pasos. La reducción del TUA por parte de <em>B. xylanisolvens</em> produjo un aumento de ~4 veces en la síntesis de ATP en condiciones anaeróbicas y favoreció el crecimiento bacteriano, incluso en un medio mínimo sin otros aceptores de electrones, lo que demuestra el papel del TUA como aceptor de electrones en la respiración.

Los experimentos de co-cultivo confirmaron la existencia de una alimentación cruzada genuina: <em>C. symbiosum</em> suministró TUA a <em>B. xylanisolvens</em>, que luego lo redujo al derivado del ácido propiónico, incrementando el crecimiento de <em>B. xylanisolvens</em> sin perjudicar a <em>C. symbiosum</em>—una interacción comensalista. La metabolómica dirigida de muestras fecales humanas reveló que el TUA y su derivado reducido se producen y consumen de manera selectiva en función del donante, lo que respalda la relevancia fisiológica de este proceso en el intestino humano. De manera crítica, el análisis del metagenoma mostró que los genes de ergotionasa están significativamente enriquecidos en muestras fecales de pacientes con cáncer colorrectal (CCR) en comparación con controles sanos, lo que es coherente con datos emergentes que vinculan la alteración de la homeostasis intestinal de EGT con el riesgo de CCR.

Estos hallazgos establecen un nuevo paradigma: los antioxidantes dietéticos como la EGT no son simplemente absorbidos de forma pasiva, sino que pueden ser transformados activamente por las bacterias intestinales en intermediarios metabólicos que modulan el metabolismo energético de las comunidades microbianas. Este trabajo tiene implicaciones para comprender cómo se interrelacionan la dieta, la composición del microbioma intestinal y el riesgo de enfermedad, y abre la posibilidad de que el consumo de hongos o de EGT pueda modular la dinámica microbiana intestinal de maneras relevantes para la enfermedad.