التعاون بين القناة الهضمية والدماغ - تعديل النفس والعضلات والجهاز المناعي

في السنوات الأخيرة، تمتعت الكائنات الميكروبية المشاركة لنا في القناة الهضمية بمسيرة مهنية مثيرة بفضل الأبحاث المكثفة. فحتى عقود قليلة مضت، لم تكن معروفة إلا قليلاً، وكانت تعتبر في أفضل الأحوال كعوامل مساعدة على الهضم ومزودة ببعض الفيتامينات. وقد تغير هذا الأمر بشكل كبير. ففي كل عام، تكشف أبحاث الميكروبيوم كل عام عن نتائج مذهلة للجمهور الذي لم يكن أحد يعرفها من قبل عن الجراثيم المعوية المعروفة باسم الميكروبيوم. لم يتم بحث كل شيء حتى أدق التفاصيل. فالكثير معروف فقط من التجارب على الحيوانات، والتي لا يمكن نقل نتائجها إلى البشر إلا بحذر. ومع ذلك، لدينا بالفعل نظرة عامة شاملة إلى حد ما حول ما تفعله الجراثيم المعوية وما يمكن أن تفعله.

الجراثيم المعوية متنوعة وفريدة من نوعها مثل بصمة الإصبع

كل شخص لديه جراثيم معوية نموذجية خاصة به، والتي يقال إنها فريدة من نوعها مثل بصمة الإصبع. هذه إحدى النتائج الأساسية لمشروع الميكروبيوم البشري، الذي وضع لنفسه هدفًا يتمثل في تحليل النظام البيئي المعقد المعروف باسم الميكروبيوم البشري لدى أكبر عدد ممكن من الأشخاص. وقد أولى الباحثون اهتماماً خاصاً بالنباتات المعوية، لأنها على الأرجح أهم جزء من الميكروبيوم. وهو يحتوي بشكل أساسي على البكتيريا، ولكنه يحتوي أيضاً على الفيروسات والفطريات. وحتى الآن، تم تحديد حوالي 1000 نوع مختلف من البكتيريا. ومع استمرار تنقيح طرق تحديد الهوية، من المتوقع أن يستمر عدد الكائنات البكتيرية المكتشفة حديثاً في الزيادة. على الرغم من التباين الكبير، فقد تعرّف الباحثون أيضاً على أنماط في تكوين الفلورا المعوية، والتي يمكن تلخيصها في ثلاثة أنواع من الفلورا المعوية المعروفة باسم الأنماط المعوية. ويعمل العلماء حالياً على ربط هذه الأنماط المعوية الفردية بخصائص بشرية معينة.

الأمعاء تتحدث إلى الدماغ - ما الذي يفعله محور الأمعاء والدماغ

يصف مصطلح "محور الأمعاء والدماغ" مسار التواصل بين الأمعاء والدماغ الذي لم يلاحظه أحد منذ فترة طويلة ولم يكن يعتبره أحد ممكنًا. إنه ليس أقل من تحكم القناة الهضمية في وظائف الدماغ. لا يزال من الصعب هضم هذا الأمر بالنسبة للكثير من الناس اليوم، حيث أنه يعطي مصطلح "الشعور المعوي" معنى جديدًا تمامًا. إذًا ما الذي يقف وراء محور الأمعاء والدماغ وكيف يجب أن نتصور تحكم القناة الهضمية بوظائف الدماغ؟ بالطبع، لا يمكنك تخيل المحادثة بين القناة الهضمية والدماغ بالمعنى الحرفي. حتى وإن لم تتضح طبيعة هذا التواصل بشكل كامل حتى الآن أو تجاوز مرحلة التجارب على الحيوانات، إلا أن الباحثين يعتقدون الآن أن القناة الهضمية ونباتاتها المعوية يمكنها الاتصال بالدماغ بثلاث طرق على الأقل لتبادل المعلومات. وتشمل هذه الطرق على وجه الخصوص العصب المبهم الذي يربط القناة الهضمية والدماغ بشكل تواصلي. ولكن تلعب الهرمونات والناقلات العصبية مثل السيروتونين والدوبامين والميلاتونين دوراً مهماً أيضاً. يتم إنتاجها جميعاً في القناة الهضمية من أجل التأثير على الخلايا العصبية في الدماغ. علاوة على ذلك، تشارك المنتجات الأيضية للبكتيريا المعوية في التواصل. يمكن لحمض الزبد، على سبيل المثال، تغيير خصائص الحاجز الدموي الدماغي. كما يمكن أن تؤثر الجزيئات المناعية والسيتوكينات التي تنتجها بكتيريا الأمعاء على فسيولوجيا الخلايا العصبية.

يؤثر ميكروبيوم الأمعاء على النفس - يمكن أن يكون هناك ميكروبيوم نفسي

تشير الدراسات التي أجريت على تكوين ووظيفة الجراثيم المعوية إلى أن طبيعة تكوينها تؤثر على وظيفة الدماغ والتوازن العقلي. إذا كانت الجراثيم المعوية مضطربة وتغلبت البكتيريا ذات التأثير الضار على الجراثيم المعوية، فإن هذا يرتبط بالاضطرابات النفسية وحتى الأمراض النفسية مثل الاكتئاب، كما تمكنت مجموعة من الباحثين من بلجيكا من إثبات ذلك. قام الباحثون بتحليل أكثر من 1000 عينة من البراز لمعرفة تركيبها الميكروبي وربطوا ذلك بالصحة النفسية لأصحابها. وحددوا السلالات البكتيرية الأكثر شيوعاً لدى الأشخاص الذين يتمتعون بصحة نفسية جيدة. وعلى العكس من ذلك، أشار غياب هذه البكتيريا إلى وجود اضطرابات عقلية، بما في ذلك الاكتئاب. سيكون الأمر مثيراً عندما يتعلق الأمر بعلاج الاضطرابات النفسية من خلال التناول المستهدف لهذه البكتيريا. لا توجد بيانات كافية حتى الآن للسماح باستخدام مزيج من البكتيريا ذات التأثير النفسي علاجيًا كمؤثرات نفسية حيوية. سيكون ذلك مرغوباً فيه بالتأكيد، حيث أن المؤثرات العقلية المتوفرة اليوم لها سلبياتها.

تتحكم الجراثيم المعوية في نمو العضلات - تعمل البكتيريا المعوية مثل المنشطات

تعزز أنشطة التدريب المستهدفة نمو العضلات ويمكن أن تعوض عن فقدان العضلات المرضي أو المرتبط بالعمر. لم يُفهم بعد ما إذا كان الميكروبيوم الموجود في الأمعاء يلعب دورًا حاسمًا في ذلك. تشير الدراسات التي أُجريت على الفئران على الحيوانات إلى أن الميكروبيوم ككل يدعم تدريب بناء العضلات لدى الحيوانات. ولهذه الغاية، تم أولاً تدمير النباتات الميكروبية للفئران بالكامل بواسطة المضادات الحيوية. ثم تدربت الحيوانات بعد ذلك على عجلة الجري بنفس الطريقة التي تدربت بها الحيوانات غير المعالجة. في الحيوانات ذات الميكروبيوم السليم، كان تأثير التدريب، الذي تم قياسه ككتلة عضلية مبنية، أكبر بكثير من الحيوانات التي لا تحتوي على ميكروبيوم. يجب أن توضح الدراسات الإضافية ما إذا كانت السلالات البكتيرية المحددة أو العوامل الابتنائية التي تنتجها هي المسؤولة عن التأثير الابتنائي.

يقوم الميكروبيوم بتعديل المناعة - يتم تنشيط الدفاع المناعي غير المحدد

كيف يمكن للجهاز المناعي أن يتفاعل بسرعة مع مسببات الأمراض ويحمي الإنسان من العدوى؟ يقدم الميكروبيوم الإجابة. بشكل عام، يتكون الجهاز المناعي من قسمين: الجهاز المناعي الفطري غير المحدد والجهاز المناعي التكيفي المحدد. يتواصل الميكروبيوم مع هياكل الجهاز المناعي الفطري المعروف باسم الخلايا التغصنية ويضعها في حالة استعداد دائم للتفاعل. عند تنشيطه بهذه الطريقة، يكون الجهاز المناعي الفطري قادرًا على التفاعل بسرعة مع المتطفلين من الجهاز التنفسي أو الأمعاء أو عبر الجلد، وفي خطوة ثانية، تنبيه الجهاز المناعي المحدد. أما إذا فشل التنشيط بسبب اضطرابات في الميكروبيوم، فإن الدفاع المناعي لا يستطيع صد المهاجم بالسرعة المطلوبة، كما أظهرت التجارب التي أجريت على الفئران الخالية من الجراثيم. وهذا يؤخر أيضاً تنبيه الجهاز المناعي المحدد. يبحث علماء المناعة في شاريتيه في برلين في الجزيئات الحيوية المسؤولة عن التواصل بين الميكروبيوم والجهاز المناعي.

مقاومة الاستعمار - البكتيريا المعوية تحمي من مسببات الأمراض

تتكون الجراثيم المعوية السليمة كجزء من الميكروبيوم البشري من عدد كبير من الكائنات الحية الدقيقة. تكشف الطرق التحليلية الحديثة باستمرار عن أنواع جديدة من البكتيريا لم تكن معروفة من قبل. تعمل الأبحاث حاليًا على افتراض وجود ما لا يقل عن 1000 نوع مختلف من البكتيريا المعوية وعدد غير معروف إلى حد كبير من الفيروسات والفطريات. ويُعد هذا التنوع الميكروبي عنصراً مهماً لمقاومة الاستعمار، والذي يمنع ظهور بكتيريا أخرى ويحمي من مسببات الأمراض. وبالتالي، تضمن الفلورا المعوية السليمة عدم تكاثر مُسبّبات الأمراض في الأمعاء ودخولها إلى مجرى الدم عبر الغشاء المخاطي للأمعاء.

الميكروبيوم هو مفاعل حيوي - تنتج البكتيريا جزيئات حيوية مهمة

يتم التواصل بين الأمعاء والدماغ بشكل عصبي عبر العصب المبهم وبشكل خلطي، عبر الناقلات العصبية والهرمونات العصبية. يتم إنتاج معظم المواد المرسلة الخلطية في القناة الهضمية بواسطة بكتيريا الأمعاء، وكذلك في الدماغ. وهذا يضمن اتصالاً ثنائي الاتجاه. ويشارك السيروتونين والنورادرينالين والدوبامين في التواصل الخلطي. ويُعرف السيروتونين أيضاً باسم هرمون السعادة ويساهم بشكل كبير في الصحة النفسية.
أما الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة الأقل شهرة فهي الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة التي تنتجها البكتيريا المعوية أيضاً. وتشمل هذه الأحماض حمض البوتيريك (البوتانوات) وحمض الفاليريك (البنتانوات)، والتي، وفقًا لدراسة أجرتها جامعتا فورتسبورغ وماربورغ، تجعل الخلايا المناعية أكثر عدوانية. إذا كان من الممكن استخدام هذا التأثير لهذين الحمضين الدهنيين علاجيًا بطريقة مستهدفة، فيمكن جعل علاجات السرطان أكثر فعالية. هذا هو أمل الباحثين.
تنتج البكتيريا الموجودة في الجراثيم المعوية أيضاً الفيتامينات. وتشمل هذه الفيتامينات البيوتين وحمض الفوليك وفيتامينات B2 و B12 وكذلك فيتامين K. ومن المعروف أن نسبة كبيرة من الاحتياجات اليومية من فيتامين B12 تنتجها البكتيريا المعوية.

الخلاصة: يخطئ كل من يعتقد أن كل شيء معروف عن الأمعاء والجراثيم المعوية وأنه لا يوجد شيء جديد لاكتشافه. تبحث البرامج البحثية الحالية بشكل مكثف للغاية عن طرق لعلاج بعض الأمراض من خلال التغييرات المستهدفة للجراثيم المعوية. ويصل هذا الأمر إلى حد الاستبدال الكامل للنباتات المعوية المتغيرة مرضيًا بنباتات معوية صحية بالخصائص المطلوبة.

المصدر: Valles-Colomer, M., et al. The neuroactive potential of the human gut microbiota في جودة الحياة والاكتئاب. 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 يضعف تكيف العضلات الهيكلية للفأر مع التمرين، مجلة علم وظائف الأعضاء، نُشر لأول مرة: 26 سبتمبر 2021، https://doi.org/10.1113/10.1113/JP281788
لورا شوب وآخرون. Microbiota-Induced Type I Interferons Instructed 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 .04.022
Maik Luu, et al. الأحماض الدهنية الميكروبية قصيرة السلسلة تعدل استجابات الخلايا التائية CD8+ وتحسن العلاج المناعي بالتبني للسرطان. Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-021-24331-1