Сътрудничество между червата и мозъка - модулиране на психиката, мускулите и имунната система

През последните години нашите микробни съжители в червата направиха почти сензационна кариера благодарение на интензивни изследвания. Допреди няколко десетилетия те бяха слабо познати и в най-добрия случай се смятаха за помощници в храносмилането и доставчици на няколко витамина. Това се е променило напълно. Всяка година изследванията на микробиома извеждат на бял свят пред изумената общественост открития, които преди това едва ли някой би свързал с чревната флора, известна като микробиом. Не всичко е изследвано до последния детайл. Знаем много неща само от експерименти с животни, чиито резултати могат да се пренасят върху хората само с повишено внимание. Въпреки това вече имаме доста изчерпателна представа за това какво прави и какво би могла да прави чревната флора.

Чревната флора е разнообразна и уникална като пръстов отпечатък

Всеки човек има типично съставена чревна флора, за която се предполага, че е уникална като пръстов отпечатък. Това е едно от основните заключения на проекта "Човешки микробиом", който си поставя за цел да анализира сложната екосистема, наречена човешки микробиом, на възможно най-много хора. Изследователите обърнаха специално внимание на чревната флора, тъй като тя вероятно е най-важната част от микробиома. Тя е дом основно на бактерии, но също така и на вируси и гъбички. Досега са идентифицирани около 1000 различни вида бактерии. Тъй като методите за идентификация непрекъснато се усъвършенстват, може да се очаква, че броят на новооткритите бактериални съжители ще се увеличи още повече. Въпреки голямата изменчивост обаче изследователите са установили и закономерности в състава на чревната флора, които могат да бъдат групирани в три типа чревна флора, известни като ентеротипове. Понастоящем учените работят върху свързването на тези индивидуални ентеротипове с определени човешки характеристики.

Червата разговарят с мозъка - Какво прави оста черва-мозък

Терминът "ос черва-мозък" описва комуникационен път между червата и мозъка, който дълго време не е бил забелязван, а и не се е смятало, че е възможен. Това не е нищо друго освен контрол на мозъчните функции от страна на червата. За мнозина това и днес е трудно смилаемо, тъй като придава на термина "чревно усещане" напълно нов смисъл. И така, какво се крие зад оста черва-мозък и как трябва да си представим, че мозъчните функции се контролират от червата? Разбира се, разговорът между червата и мозъка не трябва да се представя в буквалния смисъл на думата. Дори ако естеството на комуникацията все още не е изяснено във всички части или е преминало етапа на експериментални наблюдения върху животни, днес изследванията смятат да знаят, че червата с тяхната чревна флора могат да контактуват с мозъка за обмен на информация по най-малко три начина. Те включват по-специално блуждаещия нерв, който свързва червата и мозъка по комуникативен начин. Но хормоните и невротрансмитерите като серотонин, допамин или мелатонин също играят важна роля. Всички те се произвеждат в червата, за да действат в нервните клетки на мозъка. Освен това метаболитните продукти на чревните бактерии участват в комуникацията. Маслената киселина например може да промени свойствата на кръвно-мозъчната бариера. Имунните молекули и цитокините, произвеждани от чревните бактерии, също могат да повлияят на физиологията на нервните клетки.

Чревният микробиом влияе върху психиката - може да има психобиотици

Проучванията върху състава и функциите на чревната флора показват, че естеството на нейния състав влияе върху мозъчната функция и психичното равновесие. Ако чревната флора е нарушена и бактерии с вредно влияние вземат превес, това корелира с нарушения на психичното благополучие до психиатрични заболявания като депресия, както може да докаже група изследователи от Белгия. Изследователите са изследвали 1000 проби от изпражнения за техния микробен състав и са ги свързали с психичното здраве на техните собственици. В процеса на работа те идентифицирали бактериални щамове, които се срещат по-често при хора с добро психично здраве. Обратно, липсата на тези бактерии показвала психични разстройства, включително депресия. Става вълнуващо, когато става въпрос за отстраняване на психични разстройства чрез целенасочено прилагане на такива бактерии. Все още няма достатъчно данни за това, което би позволило коктейл от психоактивни бактерии да се използва терапевтично като психобиотици. Във всеки случай това би било желателно, тъй като наличните днес психотропни лекарства имат своите недостатъци.

Чревната флора контролира мускулния растеж - чревните бактерии действат като анаболните стероиди

Целенасочените тренировъчни дейности насърчават мускулния растеж и могат да компенсират патологичната или свързаната с възрастта загуба на мускулна маса. Все още не е напълно изяснено дали микробиомът в червата също играе решаваща роля в този процес. Проучванията върху мишки показват, че микробиомът в своята цялост подпомага тренировките за изграждане на мускулите на животните. За тази цел при мишките първо е била напълно унищожена микробната им флора чрез антибиотици. След това животните са тренирали на бягащо колело точно както нелекуваните си събратя. При животните с непокътнат микробиом ефектът от тренировката, измерен като образувана мускулна маса, бил значително по-голям, отколкото при животните без микробиом. Дали конкретни бактериални щамове или произвежданите от тях анаболни вещества са отговорни за анаболния ефект, ще бъде изяснено в по-нататъшни изследвания.

Микробиомът модулира имунитета - активира се неспецифичната имунна защита

Как имунната система може да реагира бързо на патогени и да предпазва хората от инфекции? Един от отговорите се дава от микробиома. Грубо казано, имунната система се състои от два дяла - вродена, неспецифична имунна система и адаптивна, специфична имунна система. Микробиомът комуникира със структурите на вродената имунна система, наречени дендритни клетки, и ги поставя в постоянно състояние на готовност за реакция. Активирана по този начин, вродената имунна система е в състояние бързо да реагира на натрапници от дихателните пътища, червата или през кожата и на втори етап да предупреди специфичната имунна система. Ако активирането не се осъществи поради нарушения в микробиома, имунната защита не може да отблъсне нападателя толкова бързо, както показват експериментите с мишки без микроби. Това също забавя предупреждаването на специфичната имунна система. Кои биомолекули са отговорни за комуникацията между микробиома и имунната система, се изследва от имунолози в берлинската клиника Charité.

Устойчивост на колонизация - чревните бактерии предпазват от патогени

Здравата чревна флора като част от човешкия микробиом е съставена от голям брой микроорганизми. Съвременните аналитични методи непрекъснато разкриват нови, неизвестни досега видове бактерии. Понастоящем изследванията предполагат наличието на поне 1000 различни чревни бактерии и до голяма степен неизвестен брой вируси и гъбички. Това микробно множество е важен компонент на колонизационната резистентност, която потиска появата на други бактерии и предпазва от патогени. По този начин здравата чревна флора гарантира, че никакви патогени не могат да се размножават в червата и да навлизат в кръвния поток през чревната лигавица.

Микробиомът е биореактор - бактериите произвеждат важни биомолекули

. Комуникацията между червата и мозъка се осъществява както по нервен път чрез блуждаещия нерв, така и по хуморален път чрез невротрансмитерите и неврохормоните. Повечето от хуморалните пратеници се произвеждат в червата от чревните бактерии, но също и в мозъка. Това осигурява взаимна комуникация. Серотонинът, норадреналинът и допаминът участват в хуморалната комуникация. Серотонинът е известен още като хормон на щастието и допринася значително за психичното благополучие.
По-малко известни са късоверижните мастни киселини, които също се произвеждат от чревните бактерии. Те включват маслена киселина (бутаноат) и валерианова киселина (пентаноат), които според проучване на университетите във Вюрцбург и Марбург правят имунните клетки по-агресивни. Ако този ефект на двете мастни киселини може да се използва целенасочено, терапията на рака би могла да стане по-ефективна. Това е надеждата на изследователите.
Бактериите от чревната флора също произвеждат витамини. Те включват биотин, фолиева киселина, витамини В2 и В12, както и витамин К. Известно е, че значителна част от дневната нужда от витамин В12 се произвежда от чревните бактерии.

Заключение: Всеки, който смята, че всичко е известно за червата и чревната флора и че нищо ново не може да бъде открито, греши. В настоящите изследователски програми се търсят много интензивно възможности за лечение на някои заболявания чрез целенасочени промени в чревната флора. Това стига до пълното заместване на патологично променената чревна флора със здрава с желаните характеристики.

Източник: Valles-Colomer, M., et al. The neuroactive potential of the human gut microbiota in quality of life and depression (Невроактивният потенциал на човешката чревна микрофлора при качеството на живот и депресията). 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