Mais de um trilhão de microrganismos influenciam o funcionamento do corpo humano. Costuma-se dizer que o número de microrganismos colonizando diversas regiões do nosso corpo supera o número células do corpo humano. Porém, em uma recente estimativa, calcula-se que essa proporção é menor chegando a um valor de uma célula humana para cada célula do microrganismo. A maior concentração de microrganismos é encontrada no trato gastrointestinal e consiste principalmente de bactérias, além de fungos, arqueobactérias e vírus. A distribuição bacteriana no trato gastrointestinal varia de acordo com a região e é influenciada pelo pH, oxigênio e disponibilidade de nutrientes. Mais de 90% da população bacteriana são exclusivamente anaeróbicas. O ácido biliar e as secreções pancreáticas reduzem a colonização de bactérias no estômago e no intestino delgado proximal. Entretanto, o cólon é colonizado com aproximadamente 10^12 organismos/g de conteúdo intestinal. Os filos Bacteroidetes e Firmicutes são considerados os dois principais filos de bactérias no trato gastrointestinal, correspondendo por mais de 90% de todas as bactérias. A microbiota intestinal desempenha um papel importante na função intestinal normal e na manutenção da saúde do hospedeiro. Produz um grande número de enzimas envolvidas na capacidade de extrair energia da dieta do hospedeiro e deposita-la em forma de gordura. No entanto, isso depende de um equilíbrio entre bactérias potencialmente patogênicas e vários microrganismos não patogênicos que promovem a saúde. As bactérias comensais no intestino podem fornecer os benefícios de um órgão extra eficaz, extraindo energia da digestão de fibras alimentares, melhorando o desenvolvimento e a maturação do sistema imunológico intestinal e sistêmico. As interações entre o organismo humano e a microbiota intestinal começam no nascimento e, a partir de então, sofre várias alterações. A contribuição da dieta para a modulação da microbiota é evidente desde o início da vida, quando os oligossacarídeos do leite humano (HMOs) participam da maturação da microbiota no início da infância, seguida pelo aumento da diversidade bacteriana associado à introdução de alimentos sólidos e finaliza com a diminuição desta diversidade durante o envelhecimento como já observado em populações centenárias. Isso ocorre devido a mudanças na dieta dos idosos ou a um efeito direto do envelhecimento? Ou por uma somatória dos dois eventos? Embora ainda existam muitas perguntas sobre a microbiota intestinal que precisam ser respondidas, sabe-se que a ela desempenha papéis diferentes no metabolismo. A microbiota intestinal não é apenas sensível às proporções de certos constituintes da dieta, mas também responde diferentemente à nutrição em uma infinidade de contextos temporais e ambientais. Além disso, bactérias diferentes podem desempenhar a mesma função metabólica e bactérias da mesma espécies podem ser hospedeiras de bacteriófagos (vírus de bactérias) os quais alteram seu metabolismo celular, o que dificulta a identificação de um perfil microbiano ideal. Por outro lado, pode explicar parte da variabilidade encontrada entre a composição da microbiota em hospedeiros semelhantes ou em hospedeiros diferentes que possuem a mesma a composição da microbiota.
Estudos usando camundongos “germ free” (criados em ambientes estéreis e consequentemente sem microbiota) têm demonstrado que a microbiota intestinal é crítica para a manutenção de função normal gastrintestinal e imunológica, além de digestão normal de alimentos. Animais “germ free” são mais suscetíveis a infecções e têm reduzida vascularização, atividade enzimática digestiva, motilidade e níveis séricos de imunoglobulina.
A microbiota intestinal melhora a extração de energia da dieta, modula os níveis plasmáticos de lipopolissacarídeo (LPS), que pode iniciar uma inflamação crônica de baixo grau, levando à obesidade e ao diabetes tipo 2 (T2DM), e modula alguns genes e proteínas do hospedeiro que regulam a estoque e gasto de energia. Portanto, neste capítulo, discutiremos como a composição da microbiota intestinal pode induzir o desenvolvimento de obesidade e resistência à insulina.