Spolupráce střev a mozku - modulace psychiky, svalů a imunitního systému

Naši mikrobiální spoluobyvatelé ve střevech udělali v posledních letech díky intenzivnímu výzkumu téměř senzační kariéru. Ještě před několika desetiletími byli málo známí a považovali se nanejvýš za pomocníky při trávení a dodavatele několika vitaminů. To se nyní důkladně změnilo. Výzkum mikrobiomu každoročně přináší udivené veřejnosti poznatky, které by si dříve málokdo spojoval se střevní flórou známou jako mikrobiom. Ne všechno bylo prozkoumáno do posledního detailu. Mnohé známe pouze z pokusů na zvířatech, jejichž výsledky lze na člověka přenášet jen s opatrností. Přesto již máme poměrně ucelený přehled o tom, co střevní flóra dělá a co by mohla dělat.

Střevní flóra je rozmanitá a jedinečná jako otisk prstu

Každý člověk má typicky složenou střevní flóru, která má být stejně jedinečná jako otisk prstu. To je jeden ze základních závěrů projektu Human Microbiome Project, který si dal za cíl analyzovat složitý ekosystém zvaný lidský mikrobiom co největšího počtu lidí. Výzkumníci věnovali zvláštní pozornost střevní flóře, protože ta je pravděpodobně nejdůležitější součástí mikrobiomu. Žijí v ní především bakterie, ale také viry a houby. Dosud bylo identifikováno přibližně 1000 různých druhů bakterií. Vzhledem k tomu, že metody identifikace se neustále zdokonalují, lze očekávat, že počet nově objevených bakteriálních spoluobyvatel se bude dále zvyšovat. I přes velkou variabilitu však vědci identifikovali také zákonitosti ve složení střevní flóry, které lze rozdělit do tří typů střevní flóry známých jako enterotypy. Vědci v současné době pracují na korelaci těchto jednotlivých enterotypů s určitými charakteristikami člověka.

Střevo mluví s mozkem - Co dělá osa střevo-mozek

Termín "osa střevo-mozek" popisuje komunikační cestu mezi střevem a mozkem, která dlouho zůstávala nepovšimnuta a také se nepředpokládalo, že je možná. Nejde o nic menšího než o řízení mozkových funkcí střevem. Pro mnohé je to dodnes těžko stravitelné, protože to dává pojmu "pocit střeva" zcela nový význam. Co se tedy skrývá za osou střevo-mozek a jak bychom si měli představit ovládání mozkových funkcí střevem? Rozhovor mezi střevem a mozkem si samozřejmě nesmíme představovat v doslovném slova smyslu. I když povaha této komunikace nebyla dosud ve všech částech objasněna nebo prošla stádiem experimentálních pozorování na zvířatech, výzkum se dnes domnívá, že ví, že střevo se svou střevní flórou může kontaktovat mozek za účelem výměny informací přinejmenším třemi způsoby. Patří mezi ně zejména bloudivý nerv, který komunikačně spojuje střevo a mozek. Důležitou roli však hrají také hormony a neurotransmitery, jako je serotonin, dopamin nebo melatonin. Všechny jsou produkovány ve střevě, aby působily v nervových buňkách mozku. Dále se na komunikaci podílejí metabolické produkty střevních bakterií. Například kyselina máselná může měnit vlastnosti hematoencefalické bariéry. Imunitní molekuly a cytokiny produkované střevními bakteriemi mohou rovněž ovlivňovat fyziologii nervových buněk.

Střevní mikrobiom ovlivňuje psychiku - Mohla by existovat psychobiotika

Studie složení a funkce střevní flóry naznačují, že charakter jejího složení ovlivňuje funkci mozku a duševní rovnováhu. Pokud je střevní flóra narušena a převahu získají bakterie s poškozujícím vlivem, koreluje to s poruchami duševní pohody až psychiatrickými onemocněními, jako jsou deprese, jak by mohla dokázat skupina vědců z Belgie. Vědci zkoumali dobrých 1000 vzorků stolice na jejich mikrobiální složení a dávali je do souvislosti s duševním zdravím jejich majitelů. Přitom identifikovali bakteriální kmeny, které se častěji vyskytují u lidí s dobrým duševním zdravím. Naopak nepřítomnost těchto bakterií svědčila o duševních poruchách včetně deprese. To se stává vzrušujícím, když dojde na nápravu duševních poruch prostřednictvím cíleného podávání takových bakterií. Zatím o tom není dostatek údajů, které by umožnily koktejl psychoaktivních bakterií terapeuticky využít jako psychobiotika. V každém případě by to bylo žádoucí, protože dnes dostupné psychotropní léky mají své nevýhody.

Střevní flóra řídí růst svalů - střevní bakterie působí jako anabolické steroidy

. Cílené tréninkové aktivity podporují růst svalů a mohou kompenzovat patologický nebo věkem podmíněný úbytek svalové hmoty. Zda v tomto procesu hraje rozhodující roli také střevní mikrobiom, není dosud zcela jasné. Studie na myších ukazují, že mikrobiom ve svém celku podporuje trénink na budování svalů zvířat. Za tímto účelem byla myším nejprve zcela zničena mikrobiální flóra pomocí antibiotik. Poté zvířata trénovala na běžeckém kole stejně jako jejich neléčení soukmenovci. U zvířat s neporušeným mikrobiomem byl tréninkový efekt, měřený jako vytvořená svalová hmota, výrazně vyšší než u zvířat bez mikrobiomu. Zda jsou za anabolický efekt zodpovědné konkrétní bakteriální kmeny nebo jimi produkované anabolické látky, objasní další studie.

Mikrobiom moduluje imunitu - aktivuje se nespecifická imunitní obrana

Jak může imunitní systém rychle reagovat na patogeny a chránit člověka před infekcemi? Jednu z odpovědí poskytuje mikrobiom. Zhruba řečeno, imunitní systém se skládá ze dvou částí, vrozeného, nespecifického imunitního systému a adaptivního, specifického imunitního systému. Mikrobiom komunikuje se strukturami vrozeného imunitního systému zvanými dendritické buňky a uvádí je do stavu trvalé připravenosti reagovat. Takto aktivovaný vrozený imunitní systém je schopen rychle reagovat na vetřelce z dýchacích cest, střeva nebo přes kůži a v druhém kroku upozornit specifický imunitní systém. Pokud k aktivaci nedojde v důsledku narušení mikrobiomu, imunitní obrana nedokáže útočníka tak rychle odrazit, jak ukázaly pokusy s myší bez zárodků. Tím se také zpožďuje upozornění specifického imunitního systému. Které biomolekuly jsou zodpovědné za komunikaci mezi mikrobiomem a imunitním systémem, zkoumají imunologové na berlínské Charité.

Odolnost vůči kolonizaci - střevní bakterie chrání před patogeny

Zdravá střevní flóra jako součást lidského mikrobiomu je složena z velkého množství mikroorganismů. Moderní analytické metody neustále odhalují nové, dosud neznámé druhy bakterií. V současné době výzkum předpokládá nejméně 1000 různých střevních bakterií a z velké části neznámý počet virů a hub. Toto mikrobiální mnoţství je důleţitou součástí kolonizační rezistence, která potlačuje vznik dalších bakterií a chrání před patogeny. Zdravá střevní flóra tak zajišťuje, že se ve střevě nemohou množit žádné patogeny, které by se přes střevní sliznici dostaly do krevního oběhu.

Mikrobiom je bioreaktor - bakterie produkují důležité biomolekuly

Komunikace mezi střevem a mozkem probíhá jak nervově prostřednictvím bloudivého nervu, tak humorálně prostřednictvím neurotransmiterů a neurohormonů. Většina humorálních poslů je produkována ve střevě střevními bakteriemi, ale také v mozku. Tím je zajištěna vzájemná komunikace. Na humorální komunikaci se podílejí serotonin, noradrenalin a dopamin. Serotonin je také známý jako hormon štěstí a významně přispívá k duševní pohodě.
Méně známé jsou mastné kyseliny s krátkým řetězcem, které jsou rovněž produkovány střevními bakteriemi. Patří mezi ně kyselina máselná (butanoát) a kyselina valerová (pentanoát), které podle studie univerzit ve Würzburgu a Marburgu zvyšují agresivitu imunitních buněk. Pokud by bylo možné tento účinek těchto dvou mastných kyselin cíleně terapeuticky využít, mohla by být léčba rakoviny účinnější. To je naděje výzkumníků.
Bakterie střevní flóry produkují také vitaminy. Patří mezi ně biotin, kyselina listová, vitaminy B2 a B12 a také vitamin K. Je známo, že značná část denní potřeby vitaminu B12 je produkována střevními bakteriemi.

Závěr: Kdo se domnívá, že o střevech a jejich střevní flóře je známo vše a že již nelze objevit nic nového, mýlí se. Současné výzkumné programy velmi intenzivně hledají možnosti léčby některých onemocnění prostřednictvím cílených změn střevní flóry. Jde to až k úplnému nahrazení patologicky změněné střevní flóry zdravou s požadovanými vlastnostmi.

Zdroj: 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