El cáncer de pulmón es el tumor con mayor mortalidad a nivel mundial y, el cáncer de pulmón no microcítico representa el 85% de casos de cáncer de pulmón. El intestino humano alberga una comunidad microbiana compleja, conocida como microbiota intestinal. En los últimos años, la microbiota intestinal es considerada como un “nuevo órgano” del cuerpo humano, mostrando un papel importante tanto en el metabolismo como en la modulación del sistema inmunitario del individuo. Estudios recientes demuestran que la microbiota intestinal puede tener un impacto en la respuesta inmune antitumoral. El objetivo principal de este trabajo de tesis doctoral es caracterizar de forma exhaustiva la microbiota intestinal en pacientes con cáncer de pulmón no microcítico en estadios avanzados tratados con inhibidores de los puntos de control inmunitarios mediante la secuenciación de nueva generación, evaluando el papel que puede tener como posible nuevo biomarcador predictivo y/o pronóstico trasladable a la práctica clínica. Para ello, se realizó la secuenciación del gen 16S ribosomal RNA en muestras fecales de 69 pacientes con cáncer de pulmón no microcítico avanzado antes de recibir el tratamiento con anti-PD-1 y anti-PD-L1. Luego se estudió la diversidad y la composición microbiana, así como su correlación con las características clínico-patológicas, la respuesta al tratamiento con inhibidores de los puntos de control inmunitarios y el pronóstico en los pacientes incluidos en este estudio. El análisis de correlación entre la microbiota intestinal y las características demográficas y clínico-patológicas revela que el uso de antibióticos previos se relaciona con menor riqueza microbiana intestinal, sin embargo no influye en la eficacia terapéutica de los inhibidores de los puntos de control inmunitarios. Además, ciertos hábitos alimentarios, concretamente, un mayor consumo de carne procesada, moluscos y crustáceos y berenjena se correlacionan con una menor diversidad de la microbiota intestinal en nuestra cohorte de pacientes. El análisis de correlación entre la microbiota intestinal y la respuesta al tratamiento y efectos adversos inmunorelacionados con inhibidores de los puntos de control inmunitarios revela que una alta abundancia relativa del género Phascolarctobacterium, así como una baja abundancia del género Dialister se relacionan con una mejor respuesta, mientras que la aparición de toxicidad dermatológica se relaciona con una menor riqueza y diversidad microbiana intestinal y, a su vez, la presencia de toxicidades relacionadas con inhibidores de los puntos de control inmunitarios correlacionan con el mejor resultado clínico. Por otro lado, el análisis del valor pronóstico sobre la microbiota intestinal demuestra que la alta abundancia del género Phascolarctobacterium y la baja abundancia del género Dialister se relacionan con un mejor pronóstico de los pacientes incluidos en el estudio. El análisis multivariante revela que la presencia de la toxicidades relacionadas con inmunoterapia y la abundancia de Dialister son factores pronósticos independientes en la cohorte de pacientes incluidos en el presente estudio. En resumen, nuestros resultados muestran que la secuenciación del gen 16S ribosomal RNA es una técnica válida para caracterizar la diversidad y la composición de la microbiota intestinal. En particular, el análisis de la abundancia relativa de los géneros Phascolarctobacterium y Dialister proporciona informaciones predictivas y pronósticas, posicionando que la microbiota intestinal puede ser predictiva a la respuesta a la inmunoterapia con inhibidores de los puntos de control inmunitarios anti-PD-1 y anti-PD-L1, y puede utilizar como un nuevo biomarcador pronóstico en pacientes con cáncer de pulmón no microcítico en estadios avanzados.Lung cancer is the most deadly tumor in the world. The gut microbiota is considered as a “new organ” of the human body. Recent studies have found that the gut microbiota can have an impact on the antitumor immune response. The aim of this study is to characterize the gut microbiota in patients with advanced non-small cell lung cancer (NSCLC) treated with immune checkpoint inhibitors (ICIs). The 16S ribosomal RNA gene sequencing was performed from stool samples of 69 advanced NSCLC patients. We analyzed the microbial diversity and composition, and its correlation with clinicopathological characteristics, response to ICIs treatment and prognosis. Analysis of sequencing data revealed that microbial diversity was related to the previous use of antibiotics and dermatological toxicity related to ICIs. Regarding the response to ICIs, the group of patients with a high relative abundance of Phascolarctobacterium showed clinical benefit, and prolonged progression-free survival (PFS). On the other hand, the group of patients with a high relative abundance of Dialister presented worse response, and reduced PFS and overall survival. Moreover, multivariate Cox regression analysis revealed that the presence of ICIs-related toxicity and Dialister might be considered as independent prognostic biomarkers in this cohort of patients. Therefore, our results show that the gut microbiota might be used as predictive and/or prognostic biomarkers in patients with advanced NSCLC treated with ICIs.