Carbohidratos prebióticosMecanismos de digestión, modulación de la microbiota y síntesis de nuevos oligosacáridos

Resumen

Dado el papel esencial de la microbiota intestinal en el organismo humano, su modulación resulta imprescindible, siendo los prebióticos de los compuestos más importantes que contribuyen a mantener su equilibrio y estado de salud. Aunque se han llevado a cabo numerosas investigaciones sobre los prebióticos y la microbiota, no ha sido hasta muy recientemente cuando se ha prestado atención a su digestión. Los métodos tradicionales de digestión de ingredientes y alimentos se centran principalmente en proteínas y almidón, siendo el protocolo InfoGest, basado en el empleo de soluciones digestivas, el más ampliamente aceptado. Además, existen otros tales como el método oficial de la Asociación Oficial de Química Analítica, más específico para fibra dietética. Las limitaciones de estos métodos para la digestión de carbohidratos podrían sustentarse en la ausencia de las enzimas disacaridasas presentes en la membrana del borde en cepillo de los enterocitos, no permitiendo distinguir entre carbohidratos digeribles y no digeribles. Estudios previos de nuestro grupo de investigación demostraron la idoneidad de un método in vitro basado en la utilización de un extracto acétonico de intestino delgado de rata para evaluar la digestibilidad de carbohidratos de la dieta y prebióticos reconocidos. A pesar de los resultados prometedores, no se estudió la cinética enzimática y su aplicación a carbohidratos más complejos. El primer bloque de la presente Tesis Doctoral se basa en la ampliación del conocimiento sobre este método in vitro con extracto de intestino delgado de rata para evaluar la digestibilidad de carbohidratos prebióticos, y su comparación con el protocolo InfoGest (Capítulos 1-3). En primer lugar, se realizó un estudio cinético de las enzimas intestinales de dicho extracto de rata, optimizándose las condiciones de máxima hidrólisis de un disacárido digerible (lactosa). Además, se observó la elevada resistencia a las enzimas intestinales de la lactulosa, prebiótico reconocido, remarcando la importancia de la estructura química. Seguidamente, dado que la mayoría de carbohidratos prebióticos estudiados en la literatura eran de baja masa molecular, se analizaron mezclas complejas de prebióticos comerciales de mayor masa molecular, como fructanos y oligosacáridos emergentes, como α-galactooligosacáridos. Los resultados indicaron una potencial versatilidad enzimática por parte de las disacaridasas, ya que fueron capaces de hidrolizar diferentes enlaces químicos de los prebióticos. A continuación, se consideró necesario hacer una comparación con el protocolo InfoGest en polisacáridos, como almidón y pectinas. Mediante el método InfoGest apenas se consiguió degradación de los carbohidratos en las diferentes fases del proceso. En cambio, la hidrólisis intestinal de todos los compuestos se vio siempre incrementada significativamente en presencia del extracto de intestino delgado de rata, lo que podría suponer una aproximación más real a la digestión intestinal. El efecto de las pectinas sobre la microbiota intestinal fue evaluado mediante un ensayo in vivo, tanto en ratas sanas como con cáncer colorrectal, tal y como se muestra en el segundo bloque de la Tesis Doctoral (Capítulo 4). En las ratas enfermas se detectó un estado de disbiosis en la microbiota intestinal que no mejoró con la ingestión de pectinas de cítricos; sin embargo, sí se encontró un efecto positivo en cuanto al nivel de triglicéridos en sangre y glucemia. Por otra parte, el creciente interés en la obtención de nuevos prebióticos con propiedades bioactivas adicionales dio lugar al tercer bloque de la Tesis, que abarca la síntesis de derivados de la trehalosa (Capítulo 5). La trehalosa, ingrediente alimentario ampliamente utilizado, posee efectos beneficiosos en la salud metabólica y frente a enfermedades neurodegenerativas. Sin embargo, puede llegar al colon y ejercer efectos negativos, en el caso de infecciones por Clostridium difficile. En este último capítulo se llevó a cabo la síntesis, purificación y caracterización de nuevos oligosacáridos derivados de trehalosa con potencial prebiótico. Los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral amplian los conocimientos existentes en el campo de los prebióticos, con especial énfasis en la aplicación de métodos de digestión específicos y válidos para carbohidratos digeribles y no digeribles de diferente grado de polimerización y enlaces glicosídicos; y en la síntesis de nuevas moléculas, teóricamente más resistentes a la digestión, con importantes propiedades, no sólo a nivel intestinal.