Spolupráca medzi črevom a mozgom - modulácia psychiky, svalov a imunitného systému

V posledných rokoch naši mikrobiálni spoluobyvatelia v čreve vďaka intenzívnemu výskumu urobili takmer senzačnú kariéru. Ešte pred niekoľkými desaťročiami boli málo známi a považovali sa nanajvýš za pomocníkov pri trávení a dodávateľov niekoľkých vitamínov. To sa však dôkladne zmenilo. Výskum mikrobiómu každoročne prináša ohromenej verejnosti poznatky, ktoré by si predtým sotva kto spojil s črevnou flórou známou ako mikrobióm. Nie všetko bolo preskúmané do posledného detailu. Mnohé vieme len z pokusov na zvieratách, ktorých výsledky možno na človeka prenášať len opatrne. Napriek tomu už máme pomerne ucelený prehľad o tom, čo robí a čo by mohla robiť črevná flóra.

Črevná flóra je rozmanitá a jedinečná ako odtlačok prsta

Každý človek má typicky zloženú črevnú flóru, ktorá má byť jedinečná ako odtlačok prsta. To je jeden zo základných záverov projektu Human Microbiome Project, ktorý si dal za cieľ analyzovať zložitý ekosystém nazývaný ľudský mikrobióm čo najväčšieho počtu ľudí. Výskumníci venovali osobitnú pozornosť črevnej flóre, pretože je pravdepodobne najdôležitejšou súčasťou mikrobiómu. Žijú v nej najmä baktérie, ale aj vírusy a huby. Doteraz bolo identifikovaných približne 1000 rôznych druhov baktérií. Keďže metódy identifikácie sa neustále zdokonaľujú, možno očakávať, že počet novoobjavených bakteriálnych spoluobyvateľov sa bude ešte zvyšovať. Napriek veľkej variabilite však vedci identifikovali aj zákonitosti v zložení črevnej flóry, ktoré možno rozdeliť do troch typov črevnej flóry známych ako enterotypy. Vedci v súčasnosti pracujú na prepojení týchto jednotlivých enterotypov s určitými charakteristikami človeka.

Črevo hovorí s mozgom - Čo robí os črevo-mozog

Termín "os črevo-mozog" opisuje komunikačnú cestu medzi črevom a mozgom, ktorá dlho zostávala nepovšimnutá a ani sa nepredpokladalo, že je možná. Nejde o nič menšie ako o riadenie mozgových funkcií črevom. Pre mnohých je to dodnes ťažko stráviteľné, pretože to dáva pojmu "črevný pocit" úplne nový význam. Čo sa teda skrýva za osou črevo - mozog a ako si máme predstaviť, že mozgové funkcie sú riadené črevom? Samozrejme, rozhovor medzi črevom a mozgom si nesmieme predstavovať v doslovnom zmysle slova. Aj keď povaha komunikácie ešte nie je vo všetkých častiach objasnená alebo prešla štádiom experimentálnych pozorovaní na zvieratách, výskum dnes verí, že vie, že črevo so svojou črevnou flórou môže kontaktovať mozog na výmenu informácií najmenej tromi spôsobmi. Patrí k nim najmä blúdivý nerv, ktorý komunikačne spája črevo a mozog. Dôležitú úlohu však zohrávajú aj hormóny a neurotransmitery, ako sú serotonín, dopamín alebo melatonín. Všetky sú produkované v čreve, aby pôsobili v nervových bunkách mozgu. Okrem toho sa na komunikácii podieľajú aj metabolické produkty črevných baktérií. Napríklad kyselina maslová môže meniť vlastnosti hematoencefalickej bariéry. Imunitné molekuly a cytokíny produkované črevnými baktériami môžu tiež ovplyvňovať fyziológiu nervových buniek.

Črevný mikrobióm ovplyvňuje psychiku - môžu existovať psychobiotiká

Štúdie o zložení a funkcii črevnej flóry naznačujú, že charakter jej zloženia ovplyvňuje funkciu mozgu a duševnú rovnováhu. Ak je črevná flóra narušená a prevahu získajú baktérie so škodlivým vplyvom, koreluje to s poruchami duševnej pohody až psychiatrickými ochoreniami, ako je napríklad depresia, čo by mohla dokázať skupina výskumníkov z Belgicka. Výskumníci preskúmali dobrých 1000 vzoriek stolice na ich mikrobiálne zloženie a dali ho do súvisu s duševným zdravím ich majiteľov. Pritom identifikovali bakteriálne kmene, ktoré sa častejšie vyskytujú u ľudí s dobrým duševným zdravím. Naopak, neprítomnosť týchto baktérií poukazovala na duševné poruchy vrátane depresie. Vzrušujúce sa to stáva, keď ide o nápravu duševných porúch prostredníctvom cieleného podávania takýchto baktérií. Zatiaľ o tom nie je dostatok údajov, ktoré by umožnili terapeutické využitie koktailu psychoaktívnych baktérií ako psychobiotík. V každom prípade by to bolo žiaduce, pretože dnes dostupné psychotropné lieky majú svoje nevýhody.

Črevná flóra riadi rast svalov - črevné baktérie pôsobia ako anabolické steroidy

Cielené tréningové aktivity podporujú rast svalov a môžu kompenzovať patologický alebo vekom podmienený úbytok svalov. Zatiaľ nie je úplne jasné, či v tomto procese zohráva rozhodujúcu úlohu aj črevný mikrobióm. Štúdie na myšiach naznačujú, že mikrobióm vo svojej celistvosti podporuje tréning na budovanie svalov zvierat. Za týmto účelom bola myšiam najprv úplne zničená mikrobiálna flóra pomocou antibiotík. Potom zvieratá trénovali na bežiacom kolese rovnako ako ich neliečené súkmeňovci. U zvierat s neporušeným mikrobiómom bol tréningový efekt, meraný ako vytvorená svalová hmota, výrazne vyšší ako u zvierat bez mikrobiómu. Či sú za anabolický efekt zodpovedné konkrétne bakteriálne kmene alebo nimi produkované anabolické látky, objasnia ďalšie štúdie.

Mikrobióm moduluje imunitu - aktivuje sa nešpecifická imunitná obrana

Ako môže imunitný systém rýchlo reagovať na patogény a chrániť človeka pred infekciami? Jednu z odpovedí poskytuje mikrobióm. Približne sa imunitný systém skladá z dvoch častí, vrodeného, nešpecifického imunitného systému a adaptívneho, špecifického imunitného systému. Mikrobióm komunikuje so štruktúrami vrodeného imunitného systému, ktoré sa nazývajú dendritické bunky, a uvádza ich do trvalej pohotovosti reagovať. Takto aktivovaný vrodený imunitný systém je schopný rýchlo reagovať na votrelcov z dýchacích ciest, čreva alebo cez kožu a v druhom kroku upozorniť špecifický imunitný systém. Ak k aktivácii nedôjde v dôsledku narušenia mikrobiómu, imunitná obrana nedokáže tak rýchlo odraziť útočníka, ako ukázali pokusy s myšami bez zárodkov. Tým sa oneskoruje aj upozornenie špecifického imunitného systému. Ktoré biomolekuly sú zodpovedné za komunikáciu medzi mikrobiómom a imunitným systémom, skúmajú imunológovia na berlínskej Charité.

Odolnosť voči kolonizácii - črevné baktérie chránia pred patogénmi

Zdravá črevná flóra ako súčasť ľudského mikrobiómu sa skladá z veľkého množstva mikroorganizmov. Moderné analytické metódy neustále odhaľujú nové, doteraz neznáme druhy baktérií. V súčasnosti výskum predpokladá najmenej 1000 rôznych črevných baktérií a do značnej miery neznámy počet vírusov a húb. Toto množstvo mikroorganizmov je dôležitou súčasťou kolonizačnej rezistencie, ktorá potláča vznik ďalších baktérií a chráni pred patogénmi. Zdravá črevná flóra tak zabezpečuje, že sa v čreve nemôžu rozmnožiť žiadne patogény, ktoré by sa cez črevnú sliznicu dostali do krvného obehu.

Mikrobióm je bioreaktor - baktérie produkujú dôležité biomolekuly

Komunikácia medzi črevom a mozgom prebieha nervovo prostredníctvom blúdivého nervu a humorálne prostredníctvom neurotransmiterov a neurohormónov. Väčšinu humorálnych poslov produkujú v čreve črevné baktérie, ale aj mozog. Tým sa zabezpečuje vzájomná komunikácia. Na humorálnej komunikácii sa podieľajú serotonín, noradrenalín a dopamín. Serotonín je známy aj ako hormón šťastia a významne prispieva k duševnej pohode.
Menej známe sú mastné kyseliny s krátkym reťazcom, ktoré tiež produkujú črevné baktérie. Patrí medzi ne kyselina maslová (butanoát) a kyselina valérová (pentanoát), ktoré podľa štúdie univerzít vo Würzburgu a Marburgu zvyšujú agresivitu imunitných buniek. Ak by bolo možné tento účinok týchto dvoch mastných kyselín cielene terapeuticky využiť, liečba rakoviny by mohla byť účinnejšia. To je nádej výskumníkov.
Baktérie črevnej flóry produkujú aj vitamíny. Patrí medzi ne biotín, kyselina listová, vitamíny B2 a B12, ako aj vitamín K. Je známe, že značnú časť dennej potreby vitamínu B12 produkujú črevné baktérie.

Záver: Kto sa domnieva, že o čreve a jeho črevnej flóre je známe všetko a že sa už nedá objaviť nič nové, mýli sa. Súčasné výskumné programy veľmi intenzívne hľadajú možnosti liečby niektorých ochorení prostredníctvom cielených zmien črevnej flóry. Ide to až po úplnú náhradu patologicky zmenenej črevnej flóry zdravou flórou s požadovanými vlastnosťami.

Zdroj: Valles-Colomer, M., et al. The neuroactive potential of the human gut microbiota in quality of life and depression (Neuroaktívny potenciál ľudskej črevnej mikroflóry pri kvalite života a depresii). 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 mouse skeletal muscle adaptation to exercise, 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