Sodelovanje med črevesjem in možgani - uravnavanje psihe, mišic in imunskega sistema

V zadnjih letih so naši mikrobni sostanovalci v črevesju zaradi intenzivnih raziskav doživeli skoraj senzacionalno kariero. Še pred nekaj desetletji so bili malo znani in so veljali kvečjemu za pomočnike pri prebavi in dobavitelje nekaj vitaminov. To se je temeljito spremenilo. Raziskave mikrobioma vsako leto osuplo javnost seznanijo z ugotovitvami, ki jih prej skoraj nihče ni povezoval s črevesno floro, znano kot mikrobiom. Ni bilo vse raziskano do zadnje podrobnosti. Veliko vemo le iz poskusov na živalih, katerih izsledke lahko le previdno prenašamo na ljudi. Kljub temu imamo že dokaj izčrpen pregled nad tem, kaj črevesna flora počne in kaj bi lahko počela.

Črevesna flora je raznolika in edinstvena kot prstni odtis

Vsak človek ima značilno sestavljeno črevesno floro, ki naj bi bila edinstvena kot prstni odtis. To je ena od osnovnih ugotovitev projekta Human Microbiome Project, ki si je zadal cilj analizirati zapleten ekosistem, imenovan človeški mikrobiom, čim večjega števila ljudi. Raziskovalci so posebno pozornost namenili črevesni flori, saj je verjetno najpomembnejši del mikrobioma. V njej živijo predvsem bakterije, pa tudi virusi in glive. Do zdaj je bilo ugotovljenih približno 1000 različnih vrst bakterij. Ker se metode identifikacije nenehno izpopolnjujejo, je pričakovati, da se bo število na novo odkritih bakterijskih sostanovalcev še povečalo. Kljub veliki variabilnosti pa so raziskovalci ugotovili tudi vzorce v sestavi črevesne flore, ki jih je mogoče razvrstiti v tri vrste črevesne flore, znane kot enterotipi. Znanstveniki si trenutno prizadevajo povezati te posamezne enterotipe z določenimi človeškimi značilnostmi.

Črevesje se pogovarja z možgani - kaj počne os črevesje-možgani

Izraz "os črevesje-možgani" opisuje komunikacijsko pot med črevesjem in možgani, ki je dolgo časa ostajala neopažena in se tudi ni zdelo, da je mogoča. Ne gre za nič drugega kot za nadzor možganskih funkcij s strani črevesja. Za mnoge je to še danes težko prebavljivo, saj daje izrazu "črevesni občutek" povsem nov pomen. Kaj se torej skriva za osjo črevesje-možgani in kako naj si predstavljamo, da možganske funkcije nadzoruje črevesje? Seveda si pogovora med črevesjem in možgani ne smemo predstavljati v dobesednem pomenu. Čeprav narava komunikacije še ni razjasnjena v vseh delih oziroma je prešla fazo eksperimentalnih opazovanj na živalih, raziskave danes verjamejo, da vemo, da lahko črevo s svojo črevesno floro vzpostavi stik z možgani za izmenjavo informacij na vsaj tri načine. Med njimi je zlasti vagusni živec, ki komunikacijsko povezuje črevo in možgane. Pomembno vlogo pa imajo tudi hormoni in nevrotransmiterji, kot so serotonin, dopamin ali melatonin. Vsi se proizvajajo v črevesju in delujejo v živčnih celicah možganov. Poleg tega so v komunikacijo vključeni tudi presnovni produkti črevesnih bakterij. Maslena kislina lahko na primer spremeni lastnosti krvno-možganske pregrade. Na fiziologijo živčnih celic lahko vplivajo tudi imunske molekule in citokini, ki jih proizvajajo črevesne bakterije.

Črevesni mikrobiom vpliva na psiho - morda obstajajo psihobiotiki

Študije o sestavi in delovanju črevesne flore kažejo, da narava njene sestave vpliva na delovanje možganov in duševno ravnovesje. Če je črevesna flora motena in prevladajo bakterije s škodljivim vplivom, je to povezano z motnjami duševnega počutja vse do psihiatričnih bolezni, kot je depresija, kar bi lahko dokazala skupina raziskovalcev iz Belgije. Raziskovalci so pri dobrih 1000 vzorcih blata preverili njihovo mikrobno sestavo in jo povezali z duševnim zdravjem njihovih lastnikov. Pri tem so identificirali bakterijske seve, ki se pogosteje pojavljajo pri ljudeh z dobrim duševnim zdravjem. Nasprotno pa je odsotnost teh bakterij kazala na duševne motnje, vključno z depresijo. Razburljivo postane, ko gre za odpravljanje duševnih motenj z usmerjenim dajanjem takšnih bakterij. O tem še ni dovolj podatkov, ki bi omogočili terapevtsko uporabo koktajla psihoaktivnih bakterij kot psiobiotikov. Vsekakor bi bilo to zaželeno, saj imajo psihotropna zdravila, ki so danes na voljo, svoje slabe strani.

Črevesna flora nadzoruje rast mišic - črevesne bakterije delujejo kot anabolični steroidi

. Ciljno usmerjene vadbene dejavnosti spodbujajo rast mišic in lahko nadomestijo patološko ali starostno izgubo mišic. Ali ima pri tem procesu odločilno vlogo tudi mikrobiom v črevesju, še ni povsem jasno. Študije na miših na živalih kažejo, da mikrobiom v celoti podpira trening za krepitev mišic živali. V ta namen so mišim najprej z antibiotiki popolnoma uničili mikrobno floro. Nato so živali trenirale na tekaškem kolesu tako kot njihove nezdravljene sorodnice. Pri živalih z nedotaknjenim mikrobiom je bil učinek treninga, merjen kot oblikovana mišična masa, bistveno večji kot pri živalih brez mikrobioma. Ali so za anabolni učinek odgovorni specifični bakterijski sevi ali anabolne snovi, ki jih proizvajajo, bodo pojasnili v nadaljnjih študijah.

Mikrobiom modulira odpornost - aktivira se nespecifična imunska obramba

Kako se lahko imunski sistem hitro odzove na patogene in zaščiti človeka pred okužbami? Eden od odgovorov je mikrobiom. V grobem je imunski sistem sestavljen iz dveh delov, prirojenega, nespecifičnega imunskega sistema in adaptivnega, specifičnega imunskega sistema. Mikrobiom komunicira s strukturami prirojenega imunskega sistema, imenovanimi dendritične celice, in jih spravlja v stalno stanje pripravljenosti za odziv. Tako aktiviran prirojeni imunski sistem se lahko hitro odzove na vsiljivce iz dihalnih poti, črevesja ali prek kože in v drugem koraku opozori specifični imunski sistem. Če do aktivacije ne pride zaradi motenj mikrobioma, imunska obramba ne more tako hitro odgnati napadalca, kot so pokazali poskusi z mišmi brez mikrobov. Zaradi tega je tudi opozorilo specifičnega imunskega sistema prepozno. Katere biomolekule so odgovorne za komunikacijo med mikrobiomom in imunskim sistemom, raziskujejo imunologi na berlinski kliniki Charité.

Odpornost na kolonizacijo - črevesne bakterije ščitijo pred patogeni

Zdravo črevesno floro kot del človeškega mikrobioma sestavlja veliko število mikroorganizmov. Sodobne analitične metode nenehno odkrivajo nove, prej neznane vrste bakterij. Trenutno raziskave predvidevajo vsaj 1000 različnih črevesnih bakterij ter večinoma neznano število virusov in glivic. Ta mikrobna množica je pomemben sestavni del odpornosti na kolonizacijo, ki zavira pojav drugih bakterij in ščiti pred patogeni. Zdrava črevesna flora tako zagotavlja, da se v črevesju ne morejo razmnoževati patogeni organizmi, ki bi prek črevesne sluznice vstopili v krvni obtok.

Mikrobiom je bioreaktor - bakterije proizvajajo pomembne biomolekule

Komunikacija med črevesjem in možgani poteka živčno prek vagusnega živca in humoralno prek nevrotransmiterjev in nevrohormonov. Večino humoralnih prenašalcev proizvajajo črevesne bakterije v črevesju, proizvajajo pa jih tudi možgani. To zagotavlja medsebojno komunikacijo. V humoralno komunikacijo so vključeni serotonin, noradrenalin in dopamin. Serotonin je znan tudi kot hormon sreče in pomembno prispeva k dobremu duševnemu počutju.
Manj znane so kratkoverižne maščobne kisline, ki jih prav tako proizvajajo črevesne bakterije. Med njimi sta maslena kislina (butanoat) in valerinska kislina (pentanoat), ki po študiji univerz v Würzburgu in Marburgu povzročata večjo agresivnost imunskih celic. Če bi bilo mogoče ta učinek teh dveh maščobnih kislin ciljno terapevtsko izkoristiti, bi bilo zdravljenje raka učinkovitejše. To je upanje raziskovalcev.
Bakterije črevesne flore proizvajajo tudi vitamine. Med njimi so biotin, folna kislina, vitamina B2 in B12 ter vitamin K. Znano je, da precejšen del dnevne potrebe po vitaminu B12 proizvedejo črevesne bakterije.

Zaključek: Kdor meni, da je o črevesju in njegovi črevesni flori že vse znano in da ni mogoče odkriti ničesar novega, se moti. Trenutni raziskovalni programi zelo intenzivno iščejo možnosti za zdravljenje nekaterih bolezni z usmerjenimi spremembami črevesne flore. To sega vse do popolne zamenjave patološko spremenjene črevesne flore z zdravo z želenimi lastnostmi.

Vir: Valles-Colomer, M., et al. The neuroactive potential of the human gut microbiota 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 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