Impacto de la fibra dietética de tres variedades de frijoles costarricenses sobre la microbiota intestinal de un modelo de carcinogénesis colorrectal en ratas Wistar.

Abstract

Colorectal cancer (CRC) represents a major global health burden, and dietary modulation of the gut microbiota (GM) has emerged as a promising preventive strategy. This study evaluated the impact of dietary fiber derived from three native Costa Rican varieties of Phaseolus vulgaris (Cabecar, Mantequilla, and Nambi) on GM composition during chemically induced colorectal carcinogenesis in Wistar rats. Sixty‑four animals were randomized to receive flour obtained from whole cooked beans, isolated dietary fiber derived from whole cooked beans, or high‑fructose corn syrup (HFCS) for 12 weeks. Carcinogenesis was induced at week 3 with 1,2‑dimethylhydrazine (1,2‑DMH) and dextran sulfate sodium (DSS), and fecal samples were collected at baseline, pre‑carcinogen, mid‑intervention, and endpoint (weeks 1, 3, 9, and 12). Gut microbiome profiling was performed by metagenomic sequencing of the 16S rRNA gene (V3–V4 region) to characterize taxonomic composition and differential abundance. Carcinogen exposure alone did not induce significant dysbiosis, indicating that microbial shifts were primarily driven by dietary interventions. Bean fiber supplementation enriched the GM with fermentative and short‑chain fatty acids (SCFAs)–producing taxa such as Eubacterium ventriosum group, while suppressing opportunists including Eggerthellaceae, Planococcaceae, and Corynebacterium. In contrast, HFCS intake promoted inflammation‑associated taxa (Enterobacteriaceae, Enterococcus, Helicobacter, Kosakonia) and depleted butyrate producers (Eubacterium xylanophilum group, Lachnospiraceae NK4A136 group), fostering a pro‑inflammatory environment. These findings confirm that Wistar rats harbor GM responsive to dietary fiber and are suitable for studying diet–microbiome–carcinogenesis interactions. Bean fiber supplementation demonstrates protective effects against colorectal carcinogenesis by modulating GM toward anti‑inflammatory and immune‑regulatory profiles. Further research is needed to understand the molecular mechanisms associated with these GM shifts. In conclusion, native Costa Rican beans can beneficially modulate the GM during colorectal carcinogenesis, supporting their role as preventive nutritional strategy against colorectal cancer while adding economic and social value to local bean production and strengthening food security in Costa Rica. El cáncer colorrectal (CRC) constituye una de las principales causas de incidencia y mortalidad por cáncer a nivel mundial, y la modulación dietética de la microbiota intestinal (MI) se ha consolidado como una estrategia preventiva prometedora. El presente estudio evaluó el efecto de la fibra dietética derivada de tres variedades nativas costarricenses de Phaseolus vulgaris (Cabecar, Mantequilla y Nambi) sobre la composición de la MI durante la carcinogénesis colorrectal en un modelo de inducción química en ratas Wistar con 1,2‑dimetilhidrazina (1,2‑DMH) y dextrán sulfato de sodio (DSS). Se administró harina de los frijoles cocidos enteros, fibra dietética aislada de frijoles cocidos enteros o jarabe de maíz alto en fructosa (HFCS), según los grupos experimentales, durante 12 semanas, recolectándose muestras fecales en las semanas 1, 3, 9 y 12. La microbiota intestinal se analizó mediante secuenciación del gen del ARNr 16S (región V3–V4), lo que permitió estudiar su composición y abundancia. La exposición al carcinógeno no generó disbiosis significativa, evidenciando que las variaciones observadas fueron atribuibles principalmente a las intervenciones dietéticas. La suplementación con frijol promovió la proliferación de taxones fermentativos y productores de ácidos grasos de cadena corta (AGCC), como el grupo Eubacterium ventriosum, y redujo la presencia de oportunistas como Eggerthellaceae, Planococcaceae y Corynebacterium. En contraste, el consumo de HFCS favoreció la expansión de taxones asociados a inflamación (Enterococcus, Helicobacter, Kosakonia) y disminuyó productores clave de butirato (Eubacterium xylanophilum y Lachnospiraceae NK4A136), favoreciendo un entorno proinflamatorio. Estos hallazgos confirman que la MI de ratas Wistar tiene especies capaces de responder a intervenciones con fibra dietética y constituye un modelo experimental valioso para estudiar las interacciones dieta–microbiota intestinal–carcinogénesis. La suplementación con fibra de los frijoles demostró efectos protectores al modular la MI hacia perfiles anti-inflamatorios e inmunoreguladores. En conclusión, los frijoles nativos de Costa Rica pueden modificar beneficiosamente la MI en el contexto de la carcinogénesis colorrectal, respaldando su papel como intervención dietética para la prevención del CRC y aportando, además, valor económico y social a la producción local de frijoles, fortaleciendo la seguridad alimentaria y la sostenibilidad agrícola del país.