Samarbete mellan tarm och hjärna - modulerar psyke, muskler och immunförsvar

Under de senaste åren har våra mikrobiella medmänniskor i tarmen fått en närmast sensationell karriär tack vare intensiv forskning. Fram till för några decennier sedan var de föga kända och betraktades i bästa fall som hjälpredor vid matsmältningen och som leverantörer av några få vitaminer. Detta har förändrats i grunden. Varje år presenterar mikrobiomforskningen för en förvånad allmänhet fynd som knappast någon tidigare skulle ha förknippat med den tarmflora som kallas mikrobiom. Allt har inte undersökts in i minsta detalj. Mycket vet vi bara från djurförsök, vars resultat endast med försiktighet kan överföras till människor. Ändå har vi redan en ganska omfattande översikt över vad tarmfloran gör och kan göra.

Tarmfloran är mångsidig och unik som ett fingeravtryck

Varje människa har en typiskt sammansatt tarmflora som ska vara lika unik som ett fingeravtryck. Detta är en av de grundläggande slutsatserna från Human Microbiome Project, som hade som mål att analysera det komplexa ekosystem som kallas det mänskliga mikrobiomet hos så många människor som möjligt. Forskarna ägnade särskild uppmärksamhet åt tarmfloran, eftersom den förmodligen är den viktigaste delen av mikrobiomet. Här finns framför allt bakterier, men även virus och svampar. Hittills har cirka 1000 olika arter av bakterier identifierats. Eftersom identifieringsmetoderna ständigt förfinas kan man förvänta sig att antalet nyupptäckta bakteriella sambor kommer att öka ytterligare. Trots den stora variationen har forskarna dock också identifierat mönster i tarmflorans sammansättning som kan grupperas i tre typer av tarmflora, så kallade enterotyper. Forskarna arbetar för närvarande med att korrelera dessa individuella enterotyper med vissa mänskliga egenskaper.

Tarmen pratar med hjärnan - Vad gör tarm-hjärnaxeln

Termen "tarm-hjärnaxeln" beskriver en kommunikationsväg mellan tarmen och hjärnan som länge hade gått obemärkt förbi och som man inte heller trodde var möjlig. Det är inget mindre än tarmens kontroll av hjärnans funktioner. För många är detta än idag svårt att smälta, eftersom det ger begreppet "magkänsla" en helt ny innebörd. Så vad ligger bakom tarm-hjärna-axeln och hur ska vi föreställa oss att hjärnans funktioner styrs av tarmen? Naturligtvis får man inte föreställa sig konversationen mellan tarmen och hjärnan i bokstavlig mening. Även om kommunikationens natur ännu inte har klargjorts i alla delar eller har passerat stadiet för djurexperimentella observationer, tror forskningen idag att veta att tarmen med sin tarmflora kan kontakta hjärnan för utbyte av information på minst tre sätt. Till dessa hör framför allt vagusnerven, som förbinder tarmen och hjärnan på ett kommunikativt sätt. Men hormoner och neurotransmittorer som serotonin, dopamin eller melatonin spelar också en viktig roll. De produceras alla i tarmen för att verka i hjärnans nervceller. Dessutom är metaboliska produkter från tarmbakterierna involverade i kommunikationen. Smörsyra kan till exempel förändra egenskaperna hos blod-hjärnbarriären. Immunmolekyler och cytokiner som produceras av tarmbakterier kan också påverka nervcellernas fysiologi.

Tarmmikrobiomet påverkar psyket - Det kan finnas psykobiotika

Studier av tarmflorans sammansättning och funktion tyder på att dess sammansättning påverkar hjärnans funktion och den mentala balansen. Om tarmfloran störs och bakterier med skadligt inflytande får övertaget, korrelerar detta med psykiska välbefinnandestörningar upp till psykiatriska sjukdomar som depression, vilket en grupp forskare från Belgien kunde bevisa. Forskarna undersökte drygt 1 000 avföringsprover med avseende på deras mikrobiella sammansättning och korrelerade detta med den mentala hälsan hos deras ägare. I processen identifierade de bakteriestammar som förekommer oftare hos människor med god mental hälsa. Om dessa bakterier däremot saknades kunde det tyda på psykiska störningar, inklusive depression. Det blir spännande när det gäller att avhjälpa psykiska störningar genom riktad tillförsel av sådana bakterier. Det finns ännu inte tillräckligt med data om detta för att en cocktail av psykoaktiva bakterier ska kunna användas terapeutiskt som psykobiotika. Det skulle i alla fall vara önskvärt, eftersom de psykotropa läkemedel som finns tillgängliga idag har sina nackdelar.

Tarmfloran styr muskeltillväxten - tarmbakterier fungerar som anabola steroider

Riktade träningsaktiviteter främjar muskeltillväxten och kan kompensera för sjuklig eller åldersrelaterad muskelförlust. Huruvida mikrobiomet i tarmen också spelar en avgörande roll i denna process är ännu inte helt klarlagt. Djurstudier på möss tyder på att mikrobiomet i sin helhet stöder djurens muskeluppbyggande träning. För detta ändamål fick möss först sin mikrobiella flora helt förstörd av antibiotika. Därefter tränade djuren på löphjulet precis som sina obehandlade artfränder. Hos djur med ett intakt mikrobiom var träningseffekten, mätt som muskelmassa, betydligt större än hos djur utan mikrobiom. Huruvida specifika bakteriestammar eller de anabola ämnen som de producerar är ansvariga för den anabola effekten kommer att klargöras i ytterligare studier.

Mikrobiomet modulerar immunförsvaret - ospecifikt immunförsvar aktiveras

Hur kan immunsystemet reagera snabbt på patogener och skydda människan från infektioner? Ett svar ges av mikrobiomet. Immunförsvaret består grovt sett av två delar, det medfödda, ospecifika immunförsvaret och det adaptiva, specifika immunförsvaret. Mikrobiomet kommunicerar med strukturer i det medfödda immunsystemet som kallas dendritiska celler och försätter dem i ett permanent tillstånd av reaktionsberedskap. När det medfödda immunsystemet aktiveras på detta sätt kan det snabbt reagera på inkräktare från luftvägarna, tarmen eller via huden och, i ett andra steg, varna det specifika immunsystemet. Om aktiveringen uteblir på grund av störningar i mikrobiomet kan immunförsvaret inte avvisa angriparen lika snabbt, vilket försök med bakteriefria möss har visat. Detta fördröjer också varningen av det specifika immunsystemet. Vilka biomolekyler som är ansvariga för kommunikationen mellan mikrobiomet och immunsystemet undersöks av immunologer vid Berlin Charité.

Koloniseringsresistens - tarmbakterier skyddar mot patogener

En hälsosam tarmflora som en del av det mänskliga mikrobiomet består av ett stort antal mikroorganismer. Moderna analysmetoder avslöjar ständigt nya, tidigare okända bakteriearter. För närvarande utgår forskningen från att det finns minst 1000 olika tarmbakterier och ett till stor del okänt antal virus och svampar. Denna mikrobiella mångfald är en viktig komponent i koloniseringsresistensen, som hämmar uppkomsten av andra bakterier och skyddar mot patogener. På så sätt säkerställer en hälsosam tarmflora att inga patogener kan föröka sig i tarmen och komma in i blodomloppet via tarmslemhinnan.

Mikrobiomet är en bioreaktor - bakterier producerar viktiga biomolekyler

Kommunikationen mellan tarmen och hjärnan sker både nervöst via vagusnerven och humoralt via neurotransmittorer och neurohormoner. De flesta av de humorala budbärarna produceras i tarmen av tarmbakterier, men även i hjärnan. Detta säkerställer ömsesidig kommunikation. Serotonin, noradrenalin och dopamin är involverade i humoral kommunikation. Serotonin är också känt som lyckohormonet och bidrar avsevärt till mentalt välbefinnande.
Mindre kända är de kortkedjiga fettsyrorna, som också produceras av tarmbakterier. Hit hör smörsyra (butanoat) och valeriansyra (pentanoat), som enligt en studie från universiteten i Würzburg och Marburg gör immuncellerna mer aggressiva. Om det vore möjligt att använda denna effekt av de två fettsyrorna på ett målinriktat terapeutiskt sätt, skulle cancerterapier kunna göras mer effektiva. Detta är forskarnas förhoppning.
Bakterier i tarmfloran producerar också vitaminer. Hit hör biotin, folsyra, vitaminerna B2 och B12 samt vitamin K. Det är känt att en betydande del av det dagliga behovet av vitamin B12 produceras av tarmbakterier.

Slutsats: Den som tror att allt är känt om tarmen och dess tarmflora och att inget nytt kan upptäckas misstar sig. I aktuella forskningsprogram letar man mycket intensivt efter möjligheter att behandla vissa sjukdomar genom riktade förändringar i tarmfloran. Detta går så långt som att helt ersätta en patologiskt förändrad tarmflora med en frisk med önskade egenskaper.

Källa: Valles-Colomer, M., et al. Den neuroaktiva potentialen hos den mänskliga tarmmikrobiotan i livskvalitet och 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. Mikrobiella kortkedjiga fettsyror modulerar CD8+ T-cellssvar och förbättrar adoptiv immunterapi mot cancer. Nature Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-021-24331-1