[en] This PhD project focuses on the study of one of the most complex microbial communities and of high biomedical interest: the microbiota associated with the distal gut of humans. The main objective was to study the potential alterations of the intestinal microbiota in relation to the irritable bowel syndrome (IBS), the most common functional disorder of the gastrointestinal tract in Western countries. Our approach is part of a global view on the relationship between host and microbes that goes beyond the narrow classical view on specific pathogens and infectious diseases, and moves towards a more overall view, which evaluates the balance between the components of a symbiotic relationship of enormous complexity. Alterations in the intestinal microbiota have been longly suspected as one of the factors involved in the onset and persistence of IBS, although case-control studies had not revealed marked changes in the composition of the microbiota and had not reached a consensus regarding the involvement of specific bacteria. Before addressing the role of the intestinal microbiota in IBS, we consider it necessary to study in healthy individuals other sources of variation in the microbiota that may be relevant when designing studies to evaluate their impact on the host's health status. First, the structural differences between the microbiota isolated from several intestinal habitats (different regions of the colonic mucosa and faeces). Faeces are the type of sample chosen in most studies on the intestinal microbiota because they are easily collected. However, the faecal microbiota might not be entirely representative of the communities associated with the colonic mucosa. We also analysed the 'normal' temporal variation (in the absence of perturbation) in the composition of the faecal microbiota. Since the different sample types can reveal different and complementary information on the intestinal microbiota, our first study on IBS was to compare the microbial composition of IBS patients and healthy controls in faeces and several regions of the colonic mucosa. The results of case-control studies on IBS led us to undertake a longitudinal study. It allowed us to compare the faecal microbiota within single patients at moments with different bowel symptoms, thus overcoming the confusion introduced by the large between-subject variability that is problematic in cross-sectional studies. The methodological approach consisted of the direct analysis of the genetic material isolated from the intestinal samples. This allows the study of complex microbial communities where the majority of the members can not be cultured. Microbial diversity in the samples was estimated through the amplification and sequencing of the 16S rRNA genes, the phylogenetic marker most widely used in microbial ecology. In addition, we analysed for the first time the potential alterations in the genome composition (metagenome) and the gene expression (metatranscriptome) of the faecal microbiota in IBS patients related to symptom presentation. Our studies provide evidences to guide future investigations more efficiently. Beyond the specific structural alterations detected in different intestinal compartments and the changes detected in association with acute symptoms, the main conclusions regarding the intestinal microbiota in IBS patients is that it is less diverse and more unstable over time than that of healthy subjects.

[es] Esta tesis doctoral se centra en el estudio de una de las comunidades microbianas más complejas y de mayor interés biomédico: la microbiota asociada al intestino distal de humanos. El objetivo principal ha sido estudiar las alteraciones potenciales de la microbiota intestinal en relación con el síndrome del intestino irritable (SII), el desorden funcional del tracto gastrointestinal más común en sociedades occidentales. Nuestra aproximación forma parte de una visión actual sobre las relaciones entre microorganismos y hospedadores que trasciende la clásica y estrecha mirada sobre patógenos concretos y enfermedades infecciosas y la desplaza hacia una concepción más de conjunto, que valora los equilibrios entre los componentes de una relación simbiótica de enorme complejidad. Se sospechaba desde hacía tiempo de alteraciones en la microbiota intestinal como uno de los factores implicados en el desencadenamiento y persistencia del SII, aunque los estudios de casos y controles no habían revelado cambios marcados en la composición de la microbiota relacionados con el SII y no se había alcanzado un consenso respecto a la implicación de bacterias específicas. Antes de abordar el papel de la microbiota intestinal en el SII, consideramos necesario estudiar en individuos sanos otras fuentes de variación en la microbiota que pueden ser relevantes a la hora de plantear diseños para evaluar su impacto en el estado de salud del hospedador. En primer lugar, las diferencias en composición entre la microbiota aislada de distintos hábitats intestinales (mucosa de distintas regiones del colon y heces). Las heces son el tipo de muestra escogido en la mayoría de estudios sobre la microbiota intestinal debido a la facilidad de su recolección. Sin embargo, la microbiota fecal podría no ser enteramente representativa de las comunidades asociadas a la mucosa del colon. También analizamos la variación temporal "normal" (en ausencia de perturbaciones) en la composición de la microbiota fecal. Dado que los distintos tipos de muestra pueden revelar información distinta y complementaria sobre la microbiota intestinal, nuestro primer estudio sobre el SII consistió en comparar la composición microbiana de pacientes con SII y controles sanos, en heces y varios puntos de la mucosa del colon. Los resultados de los estudios de casos y controles realizados en el SII nos llevaron a plantear un estudio longitudinal en el que comparamos la microbiota fecal de pacientes concretos en momentos con distintos síntomas intestinales. Monitorizar a pacientes individuales permite superar la confusión introducida por la gran variación entre individuos que es problemática en los estudios transversales. La aproximación metodológica ha consistido en analizar directamente el material genético aislado de las muestras intestinales, lo que posibilita el estudio de comunidades microbianas complejas en las que la mayoría de sus miembros no puede ser cultivada. La diversidad microbiana en las muestras ha sido estimada a partir de la amplificación y secuenciación de los genes del rRNA 16S, el marcador filogenético más ampliamente utilizado en ecología microbiana. Además, analizamos por primera vez las alteraciones potenciales en la composición genómica (metagenoma) y la expresión génica (metatranscriptoma) de la microbiota fecal de individuos con SII en relación con la presentación de síntomas. Nuestros estudios aportan evidencias que permiten orientar las futuras investigaciones de modo más eficiente. Las principales conclusiones respecto a la microbiota intestinal en afectados por el SII son que ésta presenta una menor diversidad y una mayor inestabilidad temporal que la de individuos sanos, más allá de las alteraciones estructurales concretas detectadas en distintos compartimentos intestinales y los cambios detectados en momentos con sintomatología aguda.