Samarbejde mellem tarm og hjerne - modulering af psyke, muskler og immunsystem

I de seneste år har vores mikrobielle medbeboere i tarmen takket være intensiv forskning haft en nærmest sensationel karriere. Indtil for få årtier siden var de ikke særlig kendte og blev i bedste fald betragtet som hjælpere i fordøjelsen og som leverandører af nogle få vitaminer. Dette har ændret sig radikalt. Hvert år bringer mikrobiomforskningen for en forbløffet offentlighed resultater frem i lyset, som næppe nogen tidligere ville have forbundet med den tarmflora, der er kendt som mikrobiomet. Ikke alt er blevet undersøgt ned til mindste detalje. Vi ved kun meget fra dyreforsøg, hvis resultater kun med forsigtighed kan overføres til mennesker. Ikke desto mindre har vi allerede nu et ret omfattende overblik over, hvad tarmfloraen gør og kan gøre.

Tarmfloraen er mangfoldig og unik som et fingeraftryk

Ethvert menneske har en typisk sammensat tarmflora, der formodes at være lige så unik som et fingeraftryk. Dette er en af de grundlæggende resultater af Human Microbiome Project, som har sat sig det mål at analysere det komplekse økosystem kaldet det menneskelige mikrobiom hos så mange mennesker som muligt. Forskerne har lagt særlig vægt på tarmfloraen, da den sandsynligvis er den vigtigste del af mikrobiomet. Den er hovedsageligt hjemsted for bakterier, men også for virus og svampe. Indtil videre er der blevet identificeret omkring 1000 forskellige bakteriearter. Da identifikationsmetoderne hele tiden forfines, må det forventes, at antallet af nyopdagede bakterielle medbeboere vil stige yderligere. På trods af den store variation har forskerne imidlertid også identificeret mønstre i tarmfloraens sammensætning, som kan grupperes i tre typer af tarmflora, der kaldes enterotyper. Forskerne arbejder i øjeblikket på at korrelere disse individuelle enterotyper med visse menneskelige karakteristika.

Tarmen taler til hjernen - Hvad tarm-hjerne-aksen gør

Udtrykket "tarm-hjerne-akse" beskriver en kommunikationsvej mellem tarmen og hjernen, som længe har været ubemærket og heller ikke anset for mulig. Det er intet mindre end tarmens styring af hjernens funktioner. For mange er dette stadig svært at fordøje i dag, da det giver begrebet "mavefornemmelse" en helt ny betydning. Så hvad ligger der bag tarm-hjerne-aksen, og hvordan skal vi forestille os, at hjernefunktioner styres af tarmen? Selvfølgelig skal man ikke forestille sig samtalen mellem tarmen og hjernen i bogstavelig forstand. Selv om karakteren af kommunikationen endnu ikke er afklaret i alle dele eller har passeret stadiet med dyreeksperimentelle observationer, mener forskningen i dag at vide, at tarmen med sin tarmflora kan kontakte hjernen til udveksling af information på mindst tre måder. Disse omfatter især vagusnerven, som forbinder tarmen og hjernen på en kommunikativ måde. Men også hormoner og neurotransmittere som serotonin, dopamin eller melatonin spiller en vigtig rolle. De produceres alle i tarmen for at virke i hjernens nerveceller. Desuden er metaboliske produkter fra tarmbakterierne involveret i kommunikationen. Smørsyre kan f.eks. ændre blod-hjerne-barrierens egenskaber. Immunmolekyler og cytokiner, der produceres af tarmbakterier, kan også påvirke nervecellers fysiologi.

Tarmmikrobiomet påvirker psyken - Der kan være tale om psykobiotika

Undersøgelser af tarmfloraens sammensætning og funktion tyder på, at arten af dens sammensætning påvirker hjernefunktionen og den mentale balance. Hvis tarmfloraen er forstyrret, og bakterier med en skadelig indflydelse får overtaget, korrelerer dette med psykiske trivselsforstyrrelser op til psykiatriske sygdomme som f.eks. depression, som en gruppe forskere fra Belgien kunne bevise. Forskerne undersøgte godt 1000 afføringsprøver for deres mikrobielle sammensætning og satte dette i forbindelse med ejernes mentale sundhed. I den forbindelse identificerede de bakteriestammer, der forekommer hyppigere hos mennesker med et godt mentalt helbred. Omvendt indikerede fraværet af disse bakterier psykiske lidelser, herunder depression. Det bliver spændende, når det handler om at afhjælpe psykiske lidelser gennem målrettet indgivelse af sådanne bakterier. Der er endnu ikke tilstrækkelige data herom, der gør det muligt at anvende en cocktail af psykoaktive bakterier terapeutisk som psykobiotika. Det ville under alle omstændigheder være ønskeligt, da de psykotrope lægemidler, der er til rådighed i dag, har deres ulemper.

Tarmfloraen styrer muskelvæksten - tarmbakterier virker som anabole steroider

Målrettede træningsaktiviteter fremmer muskelvæksten og kan kompensere for patologisk eller aldersbetinget muskeltab. Om mikrobiomet i tarmen også spiller en afgørende rolle i denne proces er endnu ikke fuldt forstået. Dyreforsøg på mus tyder på, at mikrobiomet i sin helhed understøtter dyrenes muskelopbyggende træning. Til dette formål fik musene først deres mikrobielle flora fuldstændig ødelagt med antibiotika. Herefter trænede dyrene på løbehjulet ligesom deres ubehandlede artsfæller. Hos dyr med et intakt mikrobiom var træningseffekten, målt som dannet muskelmasse, betydeligt større end hos dyr uden mikrobiom. Hvorvidt specifikke bakteriestammer eller de anabole stoffer, de producerer, er ansvarlige for den anabole effekt, vil blive afklaret i yderligere undersøgelser.

Mikrobiomet modulerer immunitet - uspecifikt immunforsvar aktiveres

Hvordan kan immunsystemet reagere hurtigt på patogener og beskytte mennesker mod infektioner? Et af svarene findes i mikrobiomet. Groft opdelt består immunsystemet af to afdelinger, det medfødte, uspecifikke immunsystem og det adaptive, specifikke immunsystem. Mikrobiomet kommunikerer med strukturer i det medfødte immunsystem, kaldet dendritiske celler, og sætter dem i en permanent tilstand af parathed til at reagere. På denne måde aktiveret er det medfødte immunsystem hurtigt i stand til at reagere på ubudne gæster fra luftvejene, tarmene eller via huden og i et andet trin at advare det specifikke immunsystem. Hvis aktiveringen udebliver på grund af forstyrrelser i mikrobiomet, kan immunforsvaret ikke afvise angriberen så hurtigt, hvilket forsøg med bakteriefri mus har vist. Dette forsinker også alarmeringen af det specifikke immunsystem. Hvilke biomolekyler der er ansvarlige for kommunikationen mellem mikrobiomet og immunsystemet, undersøges af immunologer ved Charité i Berlin.

Koloniseringsresistens - tarmbakterier beskytter mod patogener

En sund tarmflora som en del af det menneskelige mikrobiom består af et stort antal mikroorganismer. Moderne analysemetoder afdækker hele tiden nye, hidtil ukendte bakteriearter. På nuværende tidspunkt går forskningen ud fra mindst 1000 forskellige tarmbakterier og et stort set ukendt antal virus og svampe. Denne mikrobielle mangfoldighed er en vigtig komponent i koloniseringsresistens, som undertrykker fremkomsten af andre bakterier og beskytter mod patogener. På denne måde sikrer en sund tarmflora, at patogener ikke kan formere sig i tarmen og komme ind i blodbanen via tarmslimhinden.

Mikrobiomet er en bioreaktor - bakterier producerer vigtige biomolekyler

Kommunikationen mellem tarmen og hjernen foregår både nervalt via vagusnerven og humoralt via neurotransmittere og neurohormoner. De fleste af de humorale budbringere produceres i tarmen af tarmbakterier, men også i hjernen. Dette sikrer den gensidige kommunikation. Serotonin, noradrenalin og dopamin er involveret i den humorale kommunikation. Serotonin er også kendt som lykkehormonet og bidrager i høj grad til det mentale velvære.
Mindre kendt er kortkædede fedtsyrer, som også produceres af tarmbakterier. De omfatter bl.a. smørsyre (butanoat) og valerinsyre (pentanoat), som ifølge en undersøgelse fra universiteterne i Würzburg og Marburg gør immuncellerne mere aggressive. Hvis det var muligt at udnytte denne virkning af de to fedtsyrer på en målrettet terapeutisk måde, kunne man gøre kræftbehandlinger mere effektive. Det er forskernes håb.
Bakterier i tarmfloraen producerer også vitaminer. Det drejer sig bl.a. om biotin, folinsyre, vitamin B2 og B12 samt vitamin K. Det er kendt, at en betydelig del af det daglige behov for vitamin B12 produceres af tarmbakterier.

Konklusion: Den, der tror, at alt er kendt om tarmen og dens tarmflora, og at der ikke kan opdages noget nyt, tager fejl. I de igangværende forskningsprogrammer undersøges meget intensivt mulighederne for at behandle visse sygdomme ved hjælp af målrettede ændringer i tarmfloraen. Dette går så vidt som til fuldstændig udskiftning af en patologisk ændret tarmflora med en sund flora med de ønskede egenskaber.

Kilde: Valles-Colomer, M., et al. The neuroactive potential of the human tarmmikrobiota in quality of life and depression (Det neuroaktive potentiale af den menneskelige tarmmikrobiota i forbindelse med livskvalitet og 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. Mikrobielle kortkædede fedtsyrer modulerer CD8+ T-cellesvar og forbedrer adoptiv immunterapi mod kræft. Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-021-24331-1