Žarnyno ir smegenų bendradarbiavimas - psichikos, raumenų ir imuninės sistemos moduliavimas

Pastaraisiais metais dėl intensyvių tyrimų mūsų žarnyno mikrobiologiniai bendragyventojai padarė beveik sensacingą karjerą. Dar prieš kelis dešimtmečius jie buvo mažai žinomi ir geriausiu atveju buvo laikomi pagalbininkais virškinant ir kelių vitaminų tiekėjais. Tai iš esmės pasikeitė. Kasmet mikrobiomo tyrimai nustebusiai visuomenei atskleidžia atradimus, kuriuos anksčiau vargu ar kas nors būtų susiejęs su žarnyno flora, vadinama mikrobiomu. Ne viskas buvo ištirta iki smulkmenų. Daug ką žinome tik iš eksperimentų su gyvūnais, kurių rezultatus žmonėms galima perkelti tik atsargiai. Nepaisant to, jau turime gana išsamią apžvalgą apie tai, ką daro ir ką galėtų daryti žarnyno flora.



Žarnyno flora yra įvairi ir unikali kaip piršto atspaudas Kiekvienas žmogus turi tipiškai sudarytą žarnyno florą, kuri turėtų būti unikali kaip piršto atspaudas. Tai yra viena iš pagrindinių Žmogaus mikrobiomo projekto, kurio tikslas - išanalizuoti sudėtingą ekosistemą, vadinamą žmogaus mikrobiomu, kuo daugiau žmonių, išvadų. Tyrėjai ypatingą dėmesį skyrė žarnyno florai, nes ji yra bene svarbiausia mikrobiomo dalis. Joje daugiausia gyvena bakterijos, taip pat virusai ir grybeliai. Iki šiol nustatyta apie 1000 skirtingų bakterijų rūšių. Kadangi identifikavimo metodai nuolat tobulinami, galima tikėtis, kad naujai atrastų bakterijų bendrakeleivių skaičius dar padidės. Tačiau, nepaisant didelio kintamumo, mokslininkai taip pat nustatė žarnyno floros sudėties dėsningumus, kuriuos galima suskirstyti į tris žarnyno floros tipus, vadinamus enterotipais. Šiuo metu mokslininkai siekia susieti šiuos atskirus enterotipus su tam tikromis žmogaus savybėmis.



Žarnynas kalbasi su smegenimis - ką veikia žarnyno ir smegenų ašis Terminas "žarnyno ir smegenų ašis" apibūdina komunikacijos tarp žarnyno ir smegenų kelią, kuris ilgą laiką buvo nepastebėtas ir taip pat nemanyta, kad tai įmanoma. Tai ne kas kita, kaip žarnyno vykdoma smegenų funkcijų kontrolė. Daugeliui tai dar ir šiandien sunku suvirškinti, nes sąvokai "žarnyno pojūtis" suteikia visiškai naują prasmę. Taigi kas slypi už žarnyno ir smegenų ašies ir kaip turėtume įsivaizduoti, kad smegenų funkcijas valdo žarnynas? Žinoma, žarnyno ir smegenų pokalbio negalima įsivaizduoti tiesiogine prasme. Nors bendravimo pobūdis dar nėra išaiškintas visose dalyse arba peržengė eksperimentinių stebėjimų su gyvūnais stadiją, šiandien tyrimai tikina žinantys, kad žarnynas su savo žarnyno flora gali susisiekti su smegenimis keisdamasis informacija bent trimis būdais. Tai visų pirma klajoklinis nervas, kuris komunikaciniu būdu jungia žarnyną ir smegenis. Tačiau svarbų vaidmenį atlieka ir hormonai bei neuromediatoriai, tokie kaip serotoninas, dopaminas ar melatoninas. Visi jie gaminami žarnyne ir veikia smegenų nervines ląsteles. Be to, bendravime dalyvauja žarnyno bakterijų medžiagų apykaitos produktai. Pavyzdžiui, sviesto rūgštis gali keisti kraujo-smegenų barjero savybes. Žarnyno bakterijų gaminamos imuninės molekulės ir citokinai taip pat gali daryti įtaką nervinių ląstelių fiziologijai.



Žarnyno mikrobiomas daro įtaką psichikai - gali būti psichobiotikų Žarnyno floros sudėties ir funkcijų tyrimai rodo, kad jos sudėties pobūdis daro įtaką smegenų veiklai ir psichikos pusiausvyrai. Jei žarnyno flora sutrinka ir viršų ima kenksmingą įtaką darančios bakterijos, tai koreliuoja su psichinės savijautos sutrikimais iki psichiatrinių ligų, pavyzdžiui, depresijos, kaip galėtų įrodyti Belgijos tyrėjų grupė. Mokslininkai ištyrė gerų 1000 išmatų mėginių mikrobų sudėtį ir susiejo ją su jų savininkų psichikos sveikata. Šio proceso metu jie nustatė bakterijų padermes, kurios dažniau pasitaiko geros psichinės sveikatos žmonėms. Ir atvirkščiai, šių bakterijų nebuvimas rodė psichikos sutrikimus, įskaitant depresiją. Darosi įdomu, kai kalbama apie psichikos sutrikimų šalinimą tikslingai vartojant tokias bakterijas. Kol kas apie tai nėra pakankamai duomenų, kurie leistų psichoaktyvių bakterijų kokteilį naudoti terapiškai kaip psichobiotikus. Bet kokiu atveju tai būtų pageidautina, nes šiandien turimi psichotropiniai vaistai turi trūkumų.



Žarnyno flora kontroliuoja raumenų augimą - žarnyno bakterijos veikia kaip anaboliniai steroidai Tikslinė treniruočių veikla skatina raumenų augimą ir gali kompensuoti patologinį ar su amžiumi susijusį raumenų nykimą. Ar žarnyno mikrobiomas taip pat atlieka lemiamą vaidmenį šiame procese, dar nėra iki galo išaiškinta. Su pelėmis atlikti tyrimai su gyvūnais rodo, kad visas mikrobiomas palaiko gyvūnų raumenų auginimo treniruotes. Šiuo tikslu pelėms pirmiausia antibiotikais buvo visiškai sunaikinta jų mikrobinė flora. Po to gyvūnai treniravosi bėgimo ratu, kaip ir jų negydomi bendraamžiai. Gyvūnų, kurių mikrobioma buvo nepažeista, treniruočių poveikis, išmatuotas kaip suformuota raumenų masė, buvo gerokai didesnis nei gyvūnų be mikrobiomos. Ar už anabolinį poveikį atsakingos konkrečios bakterijų padermės, ar jų gaminamos anabolinės medžiagos, bus aiškinamasi tolesnių tyrimų metu.



M ikrobiomas moduliuoja imunitetą - suaktyvėja nespecifinė imuninė apsauga Kaip imuninė sistema gali greitai reaguoti į patogenus ir apsaugoti žmones nuo infekcijų? Vieną iš atsakymų pateikia mikrobiomas. Grubiai tariant, imuninę sistemą sudaro du skyriai - įgimta, nespecifinė imuninė sistema ir adaptyvioji, specifinė imuninė sistema. Mikrobiomas bendrauja su įgimtosios imuninės sistemos struktūromis, vadinamomis dendritinėmis ląstelėmis, ir nurodo jas į nuolatinę parengties reaguoti būseną. Taip suaktyvinta įgimta imuninė sistema gali greitai reaguoti į įsibrovėlius iš kvėpavimo takų, žarnyno ar per odą ir antruoju etapu įspėti specifinę imuninę sistemą. Jei dėl mikrobiomo sutrikimų aktyvacija neįvyksta, imuninė apsauga negali taip greitai atstumti užpuoliko, kaip parodė eksperimentai su pelėmis be mikrobų. Dėl to taip pat vėluoja specifinės imuninės sistemos įspėjimas. Kokios biomolekulės yra atsakingos už mikrobiomo ir imuninės sistemos ryšį, tiria Berlyno Charité universiteto imunologai.



A tsparumas kolonizacijai - žarnyno bakterijos saugo nuo patogenų Sveiką žarnyno florą, kaip žmogaus mikrobiomo dalį, sudaro daugybė mikroorganizmų. Šiuolaikiniai analizės metodai nuolat atskleidžia naujas, anksčiau nežinomas bakterijų rūšis. Šiuo metu moksliniais tyrimais daroma prielaida, kad egzistuoja mažiausiai 1000 skirtingų žarnyno bakterijų ir dar daugybė nežinomų virusų ir grybelių. Ši mikrobų gausa yra svarbi kolonizacijos atsparumo sudedamoji dalis, kuri slopina kitų bakterijų atsiradimą ir apsaugo nuo patogenų. Taip sveika žarnyno flora užtikrina, kad jokie patogenai negalėtų daugintis žarnyne ir per žarnyno gleivinę patekti į kraują.



M ikrobiomas yra bioreaktorius - bakterijos gamina svarbias biomolekules Ryšys tarp žarnyno ir smegenų vyksta nerviniu būdu per klajoklį nervą ir humoraliniu būdu per neurotransmiterius ir neurohormonus. Daugumą humoralinių pasiuntinių žarnyne gamina žarnyno bakterijos, bet taip pat ir smegenys. Taip užtikrinamas abipusis bendravimas. Humoraliniame bendravime dalyvauja serotoninas, noradrenalinas ir dopaminas. Serotoninas dar vadinamas laimės hormonu ir labai prisideda prie psichinės gerovės.
Mažiau žinomos trumposios grandinės riebalų rūgštys, kurias taip pat gamina žarnyno bakterijos. Joms priklauso sviesto rūgštis (butanoatas) ir valerijono rūgštis (pentanoatas), kurios, Viurcburgo ir Marburgo universitetų atlikto tyrimo duomenimis, daro imunines ląsteles agresyvesnes. Jei būtų galima tikslingai panaudoti šį dviejų riebalų rūgščių poveikį, vėžio terapija taptų veiksmingesnė. To tikisi mokslininkai.
Žarnyno floros bakterijos taip pat gamina vitaminus. Tai biotinas, folio rūgštis, vitaminai B2 ir B12, taip pat vitaminas K. Žinoma, kad nemažą dalį vitamino B12 paros poreikio pagamina žarnyno bakterijos.

Išvada: Klysta tie, kurie mano, kad apie žarnyną ir jo žarnyno florą žinoma viskas ir kad nieko naujo atrasti neįmanoma. Dabartinėse mokslinių tyrimų programose labai intensyviai ieškoma galimybių gydyti kai kurias ligas tikslingai keičiant žarnyno florą. Tai siekia iki patologiškai pakitusios žarnyno floros visiško pakeitimo sveikąja, turinčia pageidaujamų savybių.

Šaltinis: 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 moduliate CD8+ T cell responses and improve adoptive immunotherapy for cancer. Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-021-24331-1