Cooperarea dintre intestin și creier - modularea psihicului, a mușchilor și a sistemului imunitar

În ultimii ani, coabitanții noștri microbieni din intestin au avut o carieră aproape senzațională datorită cercetărilor intensive. Până în urmă cu câteva decenii, aceștia erau puțin cunoscuți și erau considerați, în cel mai bun caz, ca fiind auxiliari în digestie și ca furnizori de câteva vitamine. Acest lucru s-a schimbat profund. În fiecare an, cercetările privind microbiomul scot la iveală pentru un public uimit descoperiri pe care aproape nimeni nu le-ar fi asociat până acum cu flora intestinală cunoscută sub numele de microbiom. Nu totul a fost cercetat până în cele mai mici detalii. Știm multe doar din experimente pe animale, ale căror rezultate pot fi transferate la oameni doar cu precauție. Cu toate acestea, avem deja o imagine de ansamblu destul de cuprinzătoare a ceea ce face și ar putea face flora intestinală.

Flora intestinală este diversă și unică precum o amprentă digitală

Fiecare ființă umană are o floră intestinală compusă în mod tipic, care se presupune că este la fel de unică precum o amprentă digitală. Aceasta este una dintre constatările de bază ale Proiectului Microbiomului uman, care și-a propus să analizeze ecosistemul complex numit microbiom uman al cât mai multor persoane. Cercetătorii au acordat o atenție deosebită florei intestinale, deoarece aceasta este probabil cea mai importantă parte a microbiomului. Aceasta găzduiește în principal bacterii, dar și viruși și ciuperci. Până în prezent, au fost identificate aproximativ 1000 de specii diferite de bacterii. Deoarece metodele de identificare sunt în mod constant perfecționate, este de așteptat ca numărul coabitanților bacterieni nou descoperiți să crească și mai mult. Cu toate acestea, în ciuda variabilității mari, cercetătorii au identificat, de asemenea, modele în compoziția florei intestinale care pot fi grupate în trei tipuri de floră intestinală cunoscute sub numele de enterotipuri. Oamenii de știință lucrează în prezent la corelarea acestor enterotipuri individuale cu anumite caracteristici umane.

Instinctul vorbește cu creierul - Ce face axa intestin-creier

Termenul "axa intestin-creier" descrie o cale de comunicare între intestin și creier care a trecut mult timp neobservată și care, de asemenea, nu a fost considerată posibilă. Nu este nimic mai puțin decât controlul funcțiilor creierului de către intestin. Pentru mulți, acest lucru este încă greu de digerat în prezent, deoarece conferă termenului "senzație intestinală" un sens complet nou. Așadar, ce se ascunde în spatele axei intestin-creier și cum ar trebui să ne imaginăm că funcțiile creierului sunt controlate de intestin? Bineînțeles, conversația dintre intestin și creier nu trebuie imaginată în sens literal. Chiar dacă natura comunicării nu a fost încă clarificată în toate părțile sau nu a depășit stadiul observațiilor experimentale pe animale, cercetarea crede astăzi să știe că intestinul cu flora sa intestinală poate contacta creierul pentru schimbul de informații în cel puțin trei moduri. Printre acestea se numără în special nervul vag, care conectează intestinul și creierul într-un mod comunicativ. Dar și hormonii și neurotransmițătorii, cum ar fi serotonina, dopamina sau melatonina, joacă, de asemenea, un rol important. Toți aceștia sunt produși în intestin pentru a acționa în celulele nervoase ale creierului. În plus, produsele metabolice ale bacteriilor intestinale sunt implicate în comunicare. Acidul butiric, de exemplu, poate modifica proprietățile barierei hemato-encefalice. Moleculele imune și citokinele produse de bacteriile intestinale pot influența, de asemenea, fiziologia celulelor nervoase.

Microbiomul intestinal influențează psihicul - Ar putea exista psihobiotice

Studiile privind compoziția și funcția florei intestinale indică faptul că natura compoziției sale influențează funcția creierului și echilibrul mental. În cazul în care flora intestinală este perturbată și bacteriile cu o influență dăunătoare câștigă controlul, acest lucru se corelează cu tulburări de bunăstare mentală până la boli psihiatrice, cum ar fi depresia, după cum ar putea dovedi un grup de cercetători din Belgia. Cercetătorii au examinat un număr bun de 1000 de mostre de scaun pentru compoziția lor microbiană și au corelat acest lucru cu sănătatea mentală a proprietarilor lor. În acest proces, ei au identificat tulpini bacteriene care apar mai frecvent la persoanele cu o sănătate mentală bună. În schimb, absența acestor bacterii indica tulburări mentale, inclusiv depresie. Devine interesant când vine vorba de remedierea tulburărilor mentale prin administrarea țintită a unor astfel de bacterii. Nu există încă suficiente date în acest sens care să permită utilizarea terapeutică a unui cocktail de bacterii psihoactive ca psihobiotice. Ar fi de dorit în orice caz, deoarece medicamentele psihotrope disponibile în prezent au dezavantajele lor.

Flora intestinală controlează creșterea musculară - bacteriile intestinale acționează precum steroizii anabolizanți

Activitățile de antrenament țintit favorizează creșterea musculară și pot compensa pierderea musculară patologică sau legată de vârstă. Nu s-a înțeles încă pe deplin dacă microbiomul din intestin joacă, de asemenea, un rol decisiv în acest proces. Studiile efectuate pe șoareci pe animale indică faptul că microbiomul în ansamblul său sprijină antrenamentul pentru creșterea musculară al animalelor. În acest scop, șoarecilor li s-a distrus mai întâi complet flora microbiană cu ajutorul antibioticelor. Ulterior, animalele s-au antrenat pe roata de alergare la fel ca și consătenii lor netratați. La animalele cu un microbiom intact, efectul antrenamentului, măsurat ca masă musculară formată, a fost semnificativ mai mare decât la animalele fără microbiom. Dacă anumite tulpini bacteriene sau substanțele anabolice pe care le produc sunt responsabile pentru efectul anabolic va fi clarificat în cadrul unor studii ulterioare.

Microbiomul modulează imunitatea - Apărarea imunitară nespecifică este activată

Cum poate sistemul imunitar să reacționeze rapid la agenții patogeni și să protejeze oamenii de infecții? Un răspuns este oferit de microbiom. În linii mari, sistemul imunitar este format din două diviziuni, sistemul imunitar înnăscut, nespecific, și sistemul imunitar adaptiv, specific. Microbiomul comunică cu structurile sistemului imunitar înnăscut numite celule dendritice și le pune într-o stare permanentă de pregătire pentru a reacționa. Activat în acest fel, sistemul imunitar înnăscut este capabil să reacționeze rapid la intrușii din tractul respirator, din intestin sau prin piele și, într-o a doua etapă, să alerteze sistemul imunitar specific. Dacă activarea nu are loc din cauza unor perturbări ale microbiomului, apărarea imunitară nu poate respinge la fel de repede atacatorul, așa cum au demonstrat experimentele cu șoareci fără germeni. Acest lucru întârzie, de asemenea, alertarea sistemului imunitar specific. Ce biomolecule sunt responsabile pentru comunicarea dintre microbiom și sistemul imunitar este cercetat de imunologii de la Berlin Charité.

Rezistența la colonizare - bacteriile intestinale protejează împotriva agenților patogeni

O floră intestinală sănătoasă, ca parte a microbiomului uman, este compusă dintr-un număr mare de microorganisme. Metodele analitice moderne descoperă în mod constant noi specii de bacterii, necunoscute până acum. În prezent, cercetările presupun cel puțin 1000 de bacterii intestinale diferite și un număr în mare parte necunoscut de virusuri și ciuperci. Această multitudine microbiană este o componentă importantă a rezistenței la colonizare, care suprimă apariția altor bacterii și protejează împotriva agenților patogeni. În acest fel, o floră intestinală sănătoasă asigură faptul că niciun agent patogen nu se poate multiplica în intestin și nu poate pătrunde în sânge prin mucoasa intestinală.

Microbiomul este un bioreactor - bacteriile produc biomolecule importante

Comunicarea dintre intestin și creier are loc atât pe cale nervoasă, prin intermediul nervului vag, cât și pe cale umorală, prin intermediul neurotransmițătorilor și neurohormonilor. Majoritatea mesagerilor umorali sunt produși în intestin de către bacteriile intestinale, dar și în creier. Acest lucru asigură o comunicare reciprocă. Serotonina, noradrenalina și dopamina sunt implicate în comunicarea umorală. Serotonina este cunoscută și sub numele de hormonul fericirii și contribuie semnificativ la bunăstarea mentală.
Mai puțin cunoscuți sunt acizii grași cu lanț scurt, care sunt, de asemenea, produși de bacteriile intestinale. Printre aceștia se numără acidul butiric (butanoat) și acidul valeric (pentanoat), care, potrivit unui studiu realizat de universitățile din Würzburg și Marburg, fac celulele imunitare mai agresive. Dacă ar fi posibil să se utilizeze acest efect al celor doi acizi grași într-un mod terapeutic țintit, terapiile împotriva cancerului ar putea fi mai eficiente. Aceasta este speranța cercetătorilor.
Bacteriile din flora intestinală produc, de asemenea, vitamine. Printre acestea se numără biotina, acidul folic, vitaminele B2 și B12, precum și vitamina K. Se știe că o parte considerabilă din necesarul zilnic de vitamina B12 este produsă de bacteriile intestinale.

Concluzie: Cine crede că se știe totul despre intestin și despre flora intestinală și că nu se mai poate descoperi nimic nou se înșeală. Programele actuale de cercetare caută foarte intensiv posibilități de tratare a unor boli prin modificări țintite ale florei intestinale. Acest lucru merge până la înlocuirea completă a unei flore intestinale alterate patologic cu una sănătoasă cu caracteristicile dorite.

Sursa: Valles-Colomer, M., et al. The neuroactive potential of the human gut microbiota in human intestinal 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