Combinación de metodologías ómicas y mea-ómicas para estudiar el efecto de la suplementación de selenio y su interacción con la microbiota intestinal

Laburpena

El selenio (Se) es un elemento esencial para la salud humana con importantes funciones para el organismo. Está presente de forma natural en el medio ambiente tanto en formas orgánicas como inorgánicas. En el organismo, se incorpora en forma de selenocisteína (Sec) durante la biosíntesis de la cadena polipeptídica dando lugar a las selenoproteínas. Los efectos biológicos del selenio están en gran parte mediados por las selenoproteínas, ya que se ha reconocido que es un factor clave en el sistema inmune, el metabolismo de hormonas tiroideas y el desarrollo neurológico entre otros. La principal fuente de Se en humanos es la dieta, siendo las nueces de Brasil, pescados y carnes alimentos ricos en este elemento. Una deficiencia de Se puede ocasionar diversas condiciones fisiopatológicas como enfermedades cardíacas, enfermedades neurológicas, cáncer, infertilidad y procesos inflamatorios. Por ello, a veces es necesaria la suplementación de Se de forma directa mediante el consumo de complementos alimenticios. Desde el punto de vista de la reproducción humana, el Se es importante para el desarrollo normal testicular y la espermatogénesis. A nivel neurológico, el Se protege el cerebro del estrés oxidativo a través de las selenoproteínas, que a su vez, poseen numerosas funciones en el sistema nervioso central (CNS) como la producción de neurotransmisores o la señalización neuronal. El Se es un conocido antagonista frente a una gran cantidad de metales pesados tóxicos como el mercurio, el arsénico o el cadmio. Por otro lado, el Se, interacciona con la microbiota intestinal, la cual actúa como barrera en la absorción, interviene en la metabolización de especies de Se e incluso determinados géneros incorporan Se a sus selenoproteínas. La microbiota intestinal constituye el conjunto de microrganismos (bacterias, virus, hongos y arqueas) presentes en el cuerpo humano. La microbiota intestinal está involucrada en funciones inmunológicas, fisiopatológicas y metabólicas del huésped e interactúa con otros órganos y tejidos. Desde hace unos años está cobrando especial interés la interacción intestino-cerebro, en lo que se conoce como el eje microbiota intestinal-cerebro (gut-brain axis), demostrándose que numerosos problemas neurológicos como el Alzheimer o la depresión están relacionados con la alteración en la microbiota intestinal. Simultáneamente, la microbiota intestinal está relacionada con la producción de hormonas sexuales y disfunciones testiculares, teniendo un gran impacto en la reproducción masculina a través del eje microbiota intestinal-hipotálamo- hipofisiario-gonadal. Durante el desarrollo de esta Tesis Doctoral se han llevado a cabo diferentes estrategias analíticas para el estudio de la importancia del Se, enfocado principalmente al papel de las selenoproteínas, frente a metales tóxicos como el cadmio (Cd) y la modulación de la microbiota intestinal a través de los ejes microbiota intestinal-cerebro e hipotálamo-hipofisiario-gonadal. La evaluación del efecto protector del Se frente al Cd se ha realizado mediante un ensayo de exposición en la línea celular de hígado HepG2 por ser uno de los órganos metabólicamente más activos y sobre los que ya se han realizado estudios previos in vivo con ratones Mus musculus. Para ello, las células fueron expuestas durante 24h a diferentes concentraciones de Cd en forma de CdCl2 y de forma conjunta con Se en forma de selenometionina SeMet. Se determinó la viabilidad celular y la concentración de Cd y Se tanto en las células como los medios de cultivo. El contenido de selenoproteínas y selenometabolitos en las células HepG2 se determinó mediante la técnica de column switching y dilución isotópica de especies no específicas. Para conocer el impacto de la suplementación de Se y la microbiota intestinal en el selenoproteoma de los tejidos de cerebro y testículos se ha llevado a cabo un ensayo de exposición a ratones Mus musculus. Los ratones fueron sometidos a un pre-tratamiento con antibióticos para obtener una microbiota deprimida y a un tratamiento posterior con dieta suplementada en Se. La microbiota intestinal ha sido caracterizada mediante un análisis metataxonómico. En ambos tejidos, cerebro y testículos, se ha optimizado un método de extracción de selenoproteínas para su posterior análisis. Los daños testiculares tras la depresión de la microbiota y el efecto de la suplementación de Se se determinaron mediante un análisis histopatológico de los tejidos. Dada la importancia del eje microbiota intestinal-cerebro, se ha completado el estudio de las muestras de cerebro con un análisis metabolómico no dirigido empleando dos plataformas analíticas que han permitido abarcar un amplio rango de metabolitos. Además, se han analizado los niveles de expresión de todo el selenoproteoma de ratón mediante un análisis transcriptómico. Los análisis de correlación entre la abundancia de la microbiota intestinal, selenoproteínas y los metabolitos han mostrado asociaciones con bacterias clave para la reproducción y el neurodesarrollo. El conjunto de técnicas analíticas aplicadas en esta Tesis Doctoral ha aportado nueva información acerca de la respuesta biológica del organismo frente a la suplementación de Se, a través de los cambios en las selenoproteínas en modelos in vitro e in vivo. Asimismo, los estudios de la microbiota han permitido profundizar en los mecanismos de interacción intestino-cerebro e intestino-testículo.