Sadarbība starp zarnām un smadzenēm - psihes, muskuļu un imūnsistēmas modulācija
Pēdējos gados, pateicoties intensīviem pētījumiem, mūsu zarnu mikrobiālie līdzgaitnieki ir piedzīvojuši gandrīz sensacionālu karjeru. Vēl pirms dažiem gadu desmitiem tie bija maz zināmi un labākajā gadījumā tika uzskatīti par gremošanas palīgiem un dažu vitamīnu piegādātājiem. Tas ir pilnībā mainījies. Katru gadu mikrobioma pētījumi pārsteigtajai sabiedrībai atklāj atklājumus, kurus diez vai kāds iepriekš būtu saistījis ar zarnu floru, ko sauc par mikrobiomu. Ne viss ir izpētīts līdz pēdējai detaļai. Daudz ko mēs zinām tikai no eksperimentiem ar dzīvniekiem, kuru rezultātus uz cilvēkiem var pārnest tikai piesardzīgi. Tomēr mums jau ir diezgan izsmeļošs pārskats par to, ko zarnu flora dara un ko tā varētu darīt.
Zarnu flora ir daudzveidīga un unikāla kā pirkstu nospiedums Katram cilvēkam ir tipiska zarnu flora, kurai vajadzētu būt tikpat unikāla kā pirkstu nospiedumam. Tas ir viens no galvenajiem secinājumiem Cilvēka mikrobioma projektā (Human Microbiome Project), kura mērķis bija analizēt pēc iespējas lielāka cilvēku skaita sarežģīto ekosistēmu, ko sauc par cilvēka mikrobiomu. Pētnieki īpašu uzmanību pievērsa zarnu florai, jo tā, iespējams, ir vissvarīgākā mikrobioma daļa. Tajā galvenokārt dzīvo baktērijas, bet arī vīrusi un sēnītes. Līdz šim ir identificētas aptuveni 1000 dažādas baktēriju sugas. Tā kā identifikācijas metodes pastāvīgi tiek pilnveidotas, sagaidāms, ka jaunatklāto baktēriju līdzgaitnieku skaits vēl palielināsies. Tomēr, neraugoties uz lielo dažādību, pētnieki ir identificējuši arī zarnu floras sastāva likumsakarības, kuras var sagrupēt trīs zarnu floras veidos, ko dēvē par enterotipiem. Zinātnieki pašlaik strādā pie šo individuālo enterotipu sasaistes ar noteiktām cilvēka īpašībām.
Z arnas sarunājas ar smadzenēm - ko dara zarnu-smadzeņu ass Termins "zarnu-smadzeņu ass" apraksta komunikācijas ceļu starp zarnām un smadzenēm, kas ilgu laiku nebija pamanīts un arī netika uzskatīts par iespējamu. Tas nav nekas cits kā zarnu veikta smadzeņu funkciju kontrole. Daudziem tas vēl šodien ir grūti sagremojams, jo piešķir jēdzienam "zarnu sajūta" pilnīgi jaunu nozīmi. Kas tad slēpjas aiz zarnu un smadzeņu ass un kā mums vajadzētu iedomāties, ka smadzeņu funkcijas kontrolē zarnas? Protams, zarnu un smadzeņu sarunu nedrīkst iztēloties burtiskā nozīmē. Lai gan komunikācijas būtība vēl nav noskaidrota visās daļās vai arī ir pārvarēta eksperimentālo novērojumu ar dzīvniekiem stadija, pētījumi šodien uzskata, ka ir zināms, ka zarnas ar savu zarnu floru var kontaktēties ar smadzenēm informācijas apmaiņai vismaz trīs veidos. Tie jo īpaši ietver klejojošo nervu, kas komunikatīvā veidā savieno zarnas un smadzenes. Taču liela nozīme ir arī hormoniem un neiromediatoriem, piemēram, serotonīnam, dopamīnam vai melatonīnam. Tie visi veidojas zarnās, lai iedarbotos uz smadzeņu nervu šūnām. Turklāt komunikācijā ir iesaistīti arī zarnu baktēriju vielmaiņas produkti. Piemēram, sviestskābe var mainīt asins-smadzeņu barjeras īpašības. Arī zarnu baktēriju ražotās imūnās molekulas un citokīni var ietekmēt nervu šūnu fizioloģiju.
Zarnu mikrobioms ietekmē psihi - varētu būt psihobiotikas Pētījumi par zarnu floras sastāvu un funkcijām liecina, ka tās sastāva raksturs ietekmē smadzeņu darbību un garīgo līdzsvaru. Ja zarnu flora ir traucēta un virsroku gūst baktērijas ar kaitīgu ietekmi, tas korelē ar garīgās labsajūtas traucējumiem līdz pat psihiskām slimībām, piemēram, depresijai, kā to varētu pierādīt pētnieku grupa no Beļģijas. Pētnieki pārbaudīja labu 1000 izkārnījumu paraugu mikrobioloģisko sastāvu un sasaistīja to ar to īpašnieku garīgo veselību. Šajā procesā viņi identificēja baktēriju celmus, kas biežāk sastopami cilvēkiem ar labu garīgo veselību. Turpretī šo baktēriju trūkums liecināja par garīgiem traucējumiem, tostarp depresiju. Tas kļūst aizraujoši, kad runa ir par garīgo traucējumu novēršanu, mērķtiecīgi lietojot šādas baktērijas. Pagaidām par to nav pietiekami daudz datu, kas ļautu psihoaktīvo baktēriju kokteili izmantot terapeitiski kā psihobiotikas. Jebkurā gadījumā tas būtu vēlams, jo šobrīd pieejamajām psihotropajām zālēm ir savas ēnas puses.
Z arnu flora kontrolē muskuļu augšanu - zarnu baktērijas darbojas kā anaboliskie steroīdi Mērķtiecīgi treniņi veicina muskuļu augšanu un var kompensēt patoloģisku vai ar vecumu saistītu muskuļu zudumu. Vai šajā procesā izšķiroša nozīme ir arī zarnu mikrobiomai, vēl nav pilnībā noskaidrots. Pētījumi ar pelēm uz dzīvniekiem liecina, ka mikrobioms kopumā atbalsta dzīvnieku muskuļu veidošanas treniņus. Šim nolūkam pelēm vispirms ar antibiotikām pilnībā iznīcināja mikrobiālo floru. Pēc tam dzīvnieki trenējās skriešanas ritenī tāpat kā to neārstētie radinieki. Dzīvniekiem ar neskartu mikrobiomu treniņa efekts, ko mērīja kā izveidojušos muskuļu masu, bija ievērojami lielāks nekā dzīvniekiem bez mikrobioma. To, vai par anabolisko efektu ir atbildīgi konkrēti baktēriju celmi vai to ražotās anaboliskās vielas, noskaidros turpmākajos pētījumos.
M ikrobioms modulē imunitāti - tiek aktivizēta nespecifiskā imūnā aizsardzība Kā imūnsistēma var ātri reaģēt uz patogēniem un aizsargāt cilvēku no infekcijām? Vienu no atbildēm sniedz mikrobioms. Aptuveni imūnsistēma sastāv no divām daļām - iedzimtās, nespecifiskās imūnsistēmas un adaptīvās, specifiskās imūnsistēmas. Mikrobioms sazinās ar iedzimtās imūnsistēmas struktūrām, ko sauc par dendrītšūnām, un nostāda tās pastāvīgā reakcijas gatavībā. Šādi aktivizēta, iedzimtā imūnsistēma spēj ātri reaģēt uz iebrucējiem no elpošanas ceļiem, zarnām vai caur ādu un otrajā posmā brīdināt specifisko imūnsistēmu. Ja aktivizācija nenotiek mikrobioma traucējumu dēļ, imūnā aizsardzība nespēj tikpat ātri atvairīt uzbrucēju, kā pierādīja eksperimenti ar pelēm, kas nesatur mikrobus. Tas arī aizkavē specifiskās imūnsistēmas aktivizēšanos. Kuras biomolekulas ir atbildīgas par komunikāciju starp mikrobiomu un imūnsistēmu, pēta Berlīnes Charité imunologi.
K olonizācijas rezistence - zarnu baktērijas aizsargā pret patogēniem Veselīga zarnu flora kā cilvēka mikrobioma daļa sastāv no daudziem mikroorganismiem. Mūsdienu analītiskās metodes pastāvīgi atklāj jaunas, iepriekš nezināmas baktēriju sugas. Pašlaik pētījumos tiek pieņemts, ka ir vismaz 1000 dažādu zarnu baktēriju un lielā mērā nezināms vīrusu un sēnīšu skaits. Šī mikrobu daudzveidība ir svarīga kolonizācijas rezistences sastāvdaļa, kas nomāc citu baktēriju rašanos un aizsargā pret patogēniem. Tādējādi veselīga zarnu flora nodrošina, ka patogēni nevar vairoties zarnās un caur zarnu gļotādu iekļūt asinsritē.
M ikrobioma ir bioreaktors - baktērijas ražo svarīgas biomolekulas Komunikācija starp zarnām un smadzenēm notiek gan nervu ceļā, izmantojot klejojošo nervu, gan humorāli, izmantojot neirotransmiterus un neirohormonus. Lielāko daļu humorālo vēstnešu zarnās ražo zarnu baktērijas, bet arī smadzenes. Tas nodrošina savstarpēju saziņu. Humorālajā komunikācijā ir iesaistīts serotonīns, noradrenalīns un dopamīns. Serotonīnu dēvē arī par laimes hormonu, un tas būtiski veicina garīgo labsajūtu.
Mazāk zināmas ir īsas ķēdes taukskābes, kuras arī ražo zarnu baktērijas. To vidū ir sviestskābe (butanoāts) un valerīnskābe (pentanoāts), kas saskaņā ar Vircburgas un Marburgas universitāšu pētījumu padara imūnšūnas agresīvākas. Ja šo divu taukskābju iedarbību būtu iespējams izmantot mērķtiecīgi terapeitiski, vēža terapiju varētu padarīt efektīvāku. Tāda ir pētnieku cerība.
Arī zarnu floras baktērijas ražo vitamīnus. To vidū ir biotīns, folskābe, B2 un B12 vitamīni, kā arī K vitamīns. Ir zināms, ka ievērojamu daļu no B12 vitamīna dienas vajadzības saražo zarnu baktērijas.
Secinājums: Ikviens, kurš uzskata, ka par zarnām un to zarnu floru ir zināms viss un ka neko jaunu vairs nevar atklāt, maldās. Pašreizējās pētniecības programmās ļoti intensīvi tiek meklētas iespējas ārstēt dažas slimības, mērķtiecīgi mainot zarnu floru. Tas sniedzas līdz pat patoloģiski izmainītas zarnu floras pilnīgai aizstāšanai ar veselīgu ar vēlamajām īpašībām.
Avots: Valles-Colomer, M., et al. The neuroactive potential of the human zarnu mikrobiota in quality of life and depression.
Nat Microbiol 4, 623-632 (2019). https://doi.org/10.1038/s41564-018-0337-x Taylor R. Valentino, et al. Dysbiosis of the gut microbiome impairs peļu skeleta muskuļu adaptāciju uz fizisku slodzi, The Journal of Physiology, First published: 26 September 2021,https://doi.org/10.1113/JP281788 Laura Schaupp et al. Microbiota-Induced Type I Interferons Instruct a Poised Basal State of Dendritic Cells, Cell Volume 181, ISSUE 5, P1080-1096.e19, May 28, 2020DOI:https://doi.org/10.1016/j.cell.2020
.04.022 Maik Luu, et al. Microbial short-chain fatty acids modulate CD8+ T cell responses and improve adoptive immunotherapy for cancer. Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-021-24331-1