El envejecimiento como pérdida enzimática: el papel de Bacillus subtilis

Bacillus subtilis – un actor enzimático evolutivo entre el microbioma, el envejecimiento y la biología funcional

Por qué un microorganismo transitorio podría ser más relevante a nivel sistémico de lo que hemos supuesto durante mucho tiempo

Introducción – Envejecimiento como pérdida de orden funcional

El envejecimiento se describe a menudo como una acumulación de daños moleculares: inestabilidad del ADN, carga oxidativa, disfunción mitocondrial. Esta perspectiva es válida, pero incompleta. Cada vez se impone más una comprensión desde la biología de sistemas, que concibe el envejecimiento menos como un defecto y más como una pérdida gradual de orden funcional.

Los procesos enzimáticos y reguladores se ven especialmente afectados: digestión, proteostasis, función de barrera, equilibrio inmunitario. En paralelo, cambia el microbioma humano. Disminuye su diversidad, se pierde redundancia funcional y aumentan los procesos inflamatorios. Llama la atención que las personas con una esperanza de vida excepcionalmente alta suelen presentar un microbioma más estable y con mayor actividad enzimática que sus coetáneos.

En este contexto, entra en foco un organismo que hasta ahora se conocía sobre todo como organismo modelo o proveedor industrial de enzimas: Bacillus subtilis.

Papel funcional de Bacillus subtilis en el intestino

Germinación transitoria de esporas, producción local de enzimas, modulación inmune y del microbioma.

Un clásico de la biología infravalorado

Bacillus subtilis se encuentra entre los microorganismos más estudiados. Desde la década de 1940, sirve como modelo para la regulación génica bacteriana, la secreción de proteínas, la resistencia al estrés y la esporulación. Su genoma se secuenció completamente en una fase temprana y sus redes reguladoras se consideran paradigmáticas y bien comprendidas.

Sin embargo, precisamente esta familiaridad científica ha contribuido a que B. subtilis reciba poca atención en la investigación moderna del microbioma. El foco suele estar en bacterias intestinales anaerobias obligadas, mientras que los organismos transitorios y esporulantes se consideran marginales.

No obstante, B. subtilis posee características que lo hacen altamente relevante desde una perspectiva funcional y sistémica.

Amplitud enzimática como estrategia evolutiva

Bacillus subtilis no es un especialista. Es un generalista con una competencia enzimática extraordinaria. Una parte considerable de su genoma está directa o indirectamente implicada en la producción y secreción de enzimas extracelulares.

Entre ellas se incluyen, entre otras:

• proteasas tipo subtilisina
• endo- y exopeptidasas
• glucosidasas
• lipasas
• enzimas que modulan biofilm y matriz
• metabolitos secundarios con efecto regulador

Esta diversidad no es casual. Como organismo del suelo, B. subtilis vive en un entorno pobre en nutrientes y competitivo. Sobrevivir significa descomponer eficientemente macromoléculas complejas. La versatilidad enzimática no es un lujo, sino una necesidad evolutiva.

Esporulación – presencia funcional sin colonización

Una característica central de B. subtilis es su capacidad de esporular. Las esporas son extremadamente resistentes y pueden permanecer inactivas durante largos periodos. En condiciones adecuadas, germinan en poco tiempo.

En el intestino humano se da un escenario biológico particular:

• las esporas sobreviven a los ácidos gástricos y biliares
• una parte germina en el intestino
• las células metabólicamente activas producen enzimas
• tras días o semanas se produce la excreción

No se produce una colonización permanente, pero sí una actividad funcional transitoria. Con una ingesta regular, puede hablarse de persistencia funcional: un estado de actividad biológica continua sin colonización clásica.

Persistencia funcional transitoria con ingesta diaria de esporas
La superposición de ciclos individuales de germinación genera actividad continua.

¿Qué enzimas se expresan realmente en el intestino?

El intestino no es un fermentador controlado. La baja disponibilidad de oxígeno, la presión competitiva y la vigilancia inmunitaria limitan considerablemente la actividad de los microorganismos. Bacillus subtilis responde con una expresión selectiva.

Según el estado actual del conocimiento, en el intestino se expresan principalmente:

• proteasas tipo subtilisina
• peptidasas para liberar oligopéptidos bioactivos
• enzimas para interactuar con la capa de moco
• lipopéptidos como la surfactina con efecto microecológico

Estas enzimas actúan sobre todo de forma local, pero su relevancia es indirectamente sistémica, por ejemplo mediante:

• alivio de las enzimas digestivas endógenas
• reducción de estímulos inflamatorios asociados a proteínas
• estabilización de la barrera intestinal
• modulación de señales inmunológicas

Enzimática, microbioma y envejecimiento: una relación funcional

Con el aumento de la edad se observan varios desarrollos paralelos:

• disminución de la producción endógena de enzimas
• proteostasis reducida
• menor autofagia
• aumento de la inflamación crónica
• pérdida de diversidad microbiana

Por ello, el envejecimiento puede entenderse como una pérdida progresiva de capacidad enzimática y reguladora. Los microorganismos con alta competencia enzimática no actúan como sustitutos, sino como un amortiguador funcional.

Competencia enzimática a lo largo de la vida
Las enzimas microbianas pueden amortiguar funcionalmente pérdidas relacionadas con la edad.

Ecología del microbioma: más que solo enzimas

Bacillus subtilis no actúa exclusivamente mediante la producción de enzimas. También influye en la ecología microbiana del intestino. A través de la producción de lipopéptidos antimicrobianos, puede inhibir el crecimiento de microorganismos productores de toxinas o promotores de inflamación sin desestabilizar el sistema.

Este efecto ecológico es sutil pero relevante, especialmente en la vejez, cuando el equilibrio del microbioma se vuelve más frágil.

Papel ecológico de Bacillus subtilis en el microbioma
Contención de microorganismos productores de toxinas manteniendo la estabilidad del sistema.

Natto – una ventana cultural a la microbiología funcional

Un ejemplo tradicional del rendimiento enzimático de Bacillus subtilis es el natto, un producto de soja fermentada. En condiciones fermentativas, el organismo produce proteasas altamente activas.

El intestino no es un sistema de natto. Aun así, este ejemplo muestra de forma ilustrativa el potencial funcional que existe en este organismo, en función del contexto y de las condiciones ambientales.

Clasificación evolutiva: un actor particular

Desde un punto de vista evolutivo, Bacillus subtilis es notable. No es ni un simbionte clásico ni un patógeno oportunista. Su estrategia es distinta: estabilización transitoria del sistema.

Clasificación evolutiva de Bacillus subtilis
Entre el simbionte permanente y el patógeno oportunista.

Conclusión – un participante subestimado del orden biológico

¿Es Bacillus subtilis un remedio milagroso?
Desde la perspectiva actual, esa denominación sería precipitada. Sin embargo, muchos actores biológicos clave fueron subestimados durante mucho tiempo antes de reconocerse su relevancia sistémica.

Bacillus subtilis actúa de manera multifactorial:

• mediante apoyo enzimático
• mediante regulación ecológica del microbioma
• mediante contención de microorganismos productores de toxinas
• mediante redundancia funcional en un sistema envejecido

¿Es relevante para el envejecimiento en un sentido funcional?
Si el envejecimiento se entiende como pérdida de capacidad funcional, entonces cualquier intervención que apoye a largo plazo la actividad enzimática, el equilibrio microbiano y el control de la inflamación puede considerarse razonablemente estabilizadora en el contexto de procesos relacionados con la edad .

Tal vez su mayor fortaleza radique precisamente en que:

• no es un colonizador permanente
• no genera dependencia
• no maximiza una única función
• sino que estabiliza el orden biológico

Lo que hoy parece un tema marginal podría convertirse en un componente fundamental de una comprensión funcional de la salud y la longevidad.

Literatura & fuentes adicionales

(Selección – para lectura en profundidad)

Sonenshein, A. L., Hoch, J. A., & Losick, R. (Eds.).
Bacillus subtilis and Its Closest Relatives: From Genes to Cells. ASM Press, 2002.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/book/10.1128/9781555817992

Harwood, C. R. (1992).
Bacillus subtilis and its relatives: molecular biological and industrial workhorses.
Trends in Biotechnology, 10(7), 247–256.
https://doi.org/10.1016/0167-7799(92)90233-

López-Otín, C. et al. (2013).
The hallmarks of aging. Cell, 153(6), 1194–1217.
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Nicholson, J. K. et al. (2012).
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https://www.science.org/doi/10.1126/science.1223813

Rampelli, S. et al. (2013).
Functional metagenomics of the human gut microbiome in the elderly. PNAS, 110(10), 4046–4051.
https://doi.org/10.1073/pnas.1219993110

Autor: Andreas Kraus
Propietario & Director General · Dirección científica

Redacción & investigación: Selina Kraus
Periodista (B.A.) · Estudios de máster en Management & Dirección de marketing online

Todas las ilustraciones: Elaboración propia (ilustraciones conceptuales). 

Nota editorial:
Este artículo sirve para la clasificación científica de conceptos microbiológicos y de biología de sistemas. No constituye una declaración relacionada con la salud, ni una recomendación, ni un sustituto del asesoramiento médico. Se entiende como un artículo de perspectiva científica. Desarrolla una hipótesis de biología de sistemas sobre el papel de microorganismos transitorios en el contexto de cambios funcionales relacionados con la edad y no pretende aportar evidencia clínica ni derivaciones terapéuticas.