Un estudio en ratones del Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CBM, CSIC-UAM) revela que el mal funcionamiento de las mitocondrias —las estructuras celulares encargadas de producir energía— altera el equilibrio de la microbiota intestinal, es decir, de los microorganismos que viven en el intestino. Entre estas alteraciones se encuentra la reducción de butirato, una molécula producida por bacterias intestinales clave para la salud. Los resultados, publicados en Nature Communications, muestran que restaurar los niveles de esta molécula mejora la función intestinal, la salud y la supervivencia de los modelos animales con enfermedades mitocondriales.

Estas patologías son un tipo de enfermedades raras provocadas por mutaciones genéticas que impiden el correcto funcionamiento de las mitocondrias. Esta alteración en los orgánulos encargados de suministrar la energía necesaria para la actividad celular puede afectar a órganos de alto consumo energético, como el cerebro, el corazón o los músculos. Como consecuencia del mal funcionamiento de las mitocondrias, las células de estos órganos reciben menos energía, lo que puede dar lugar a síntomas como fatiga extrema, debilidad muscular o envejecimiento prematuro. Se trata de enfermedades que afectan aproximadamente a una de cada 5.000 personas y que actualmente no cuentan con un tratamiento para su cura.

La nueva investigación del CBM revela una interacción entre el funcionamiento de las mitocondrias y las bacterias intestinales que allana el camino para nuevas terapias basadas en la microbiota, que permitan combatir las enfermedades mitocondriales.

“Cuando las mitocondrias no funcionan bien, también se debilita la barrera intestinal, lo que altera el equilibro de la microbiota, es decir, de los microorganismos que viven en el intestino. Esto es clave, ya que dichos microorganismos cumplen funciones importantes para la salud: protegen el organismo e impiden que bacterias o sustancias potencialmente dañinas del intestino pasen a la sangre”, explica María Mittelbrunn, investigadora del CBM que ha liderado el estudio.

La alteración de la microbiota provocada por las mitocondrias puede generar varios problemas de salud al mismo tiempo, un fenómeno conocido como multimorbilidad. Para estudiar este proceso, el equipo investigador desarrolló un modelo de ratón con alteraciones mitocondriales: “Observamos que estos animales presentaban una barrera intestinal debilitada y, como consecuencia, una microbiota intestinal desequilibrada, con menos bacterias beneficiosas de lo normal”, explica Enrique Gabandé Rodríguez, investigador del CBM y autor del trabajo.

Como resultado, el equipo investigador comprobó que el desequilibro intestinal se traducía en una menor producción de butirato. Se trata de una molécula generada por la microbiota que es esencial para mantener la salud del intestino y el correcto funcionamiento de diversos procesos metabólicos relacionados con la salud intestinal, energética e inmunológica. Ante esta evidencia, la investigación se centró en cómo restaurar la producción de butirato para comprobar sus efectos beneficiosos en los modelos animales afectados por alteraciones mitocondriales.

Una molécula clave para la salud

En un primer experimento, los investigadores trasplantaron microbiota intestinal saludable a los ratones con enfermedad mitocondrial. “Este procedimiento consiste en transferir bacterias intestinales de individuos sanos para recuperar el equilibrio de la microbiota. El tratamiento permitió restaurar los niveles de butirato y aumentó de forma significativa la esperanza de vida de los animales”, explica Manuel Montero Gómez de las Heras, también investigador del CBM y autor del estudio.

Posteriormente, el equipo investigador probó una estrategia más sencilla: añadir tributirina a la dieta, una sustancia que el organismo puede transformar en butirato. Los resultados mostraron que este tratamiento frenaba la pérdida de peso de los animales, mejoraba su fuerza muscular y su función renal, y prolongaba su supervivencia.

Además, “observamos que el butirato provoca cambios en el funcionamiento de las células intestinales que ayudan a reforzar la barrera intestinal y a reducir el daño celular asociado al estrés oxidativo, un proceso en el que se acumulan moléculas muy reactivas que pueden dañar distintos componentes de las células”, añade Montero.

Nuevas vías terapéuticas

Según los investigadores, los resultados ponen de manifiesto la importancia de la relación entre las mitocondrias y la microbiota intestinal en la aparición de enfermedades asociadas al mal funcionamiento de las mitocondrias. Además, sugieren que estrategias destinadas a recuperar moléculas beneficiosas producidas por la microbiota intestinal, como el butirato, podrían abrir nuevas vías para mejorar la salud de los pacientes.

El estudio ha contado con la colaboración de la Universidad de Michigan, el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL, CSIC-UAM) y el Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares; y ha recibido financiación del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades y de la Unión Europea a través del European Research Council.

Referencia

Gabandé-Rodríguez E, Gómez de las Heras MM, et al. Butyrate extends health and lifespan in mice with mitochondrial deficiency. Nature Communications. DOI: doi.org/10.1038/s41467-026-70547-4