Как микробы влияют на наш разум

Мы думаем о себе как об автономных личностях, обладающих собственной волей, но микробы в нашем кишечнике, оказывается, имеют больше влияния на наши чувства и поведение, чем мы думаем.

Связь между кишечником и мозгом давно признана и привела к тому, что кишечник окрестили «вторым мозгом». Ранее считалось, что связь между кишечником и мозгом регулируется нейронными, эндокринными и иммунологическими сигналами, но теперь исследования сосредоточены на том, как микробиота кишечника влияет на эти сигналы, что теперь называют осью микробиом-кишечник-мозг (см. ниже).

Роль микробиоты кишечника в сигнализации кишечник-мозг хорошо подтверждается одновременным наличием психических заболеваний, таких как тревожность, и желудочно-кишечных расстройств, таких как синдром раздраженного кишечника (СРК) или воспалительные заболевания кишечника (ВЗК). Исследования, проведенные еще в 1970-х годах, показали, что стресс изменяет состав микрофлоры кишечника у взрослых мышей. С тех пор у новорожденных мышей, перенесших стресс, вызванный разлукой с матерью, был обнаружен сниженный уровень лактобацилл, что делает животных более восприимчивыми к инфекциям. Кроме того, печеночная энцефалопатия (спутанность сознания, изменение уровня сознания и кома в результате отказа печени) успешно лечится антибиотиками или слабительными средствами, тем самым напоминая, что кишечные бактерии действительно посылают сигналы в мозг (хотя и в патологических условиях в данном случае). Действительно, считается, что в кишечнике обитает большинство микробов, а недавняя работа в рамках проекта «Микробиом человека» выявила значительную изменчивость профилей микробиоты у разных людей: в среднем в кишечнике обитает около 1000 различных видов микробов и более 7000 штаммов.

Как кишечные микробы подают сигналы мозгу?

Существует множество способов, с помощью которых микробиота кишечника подает сигналы мозгу.

Состав микробиоты сам по себе является одним из очень динамичных факторов, который меняется в зависимости от диеты, возраста, места проживания, болезни и так далее. Состав микробиоты определяет конкуренцию за пищевые ингредиенты в качестве субстратов роста, преобразование сахара в ингибирующие продукты ферментации, производство субстратов роста, выделение бактериоцинов (молекул, токсичных для других видов бактерий), стимуляцию врожденной иммунной системы, конкуренцию с микробами, колонизирующими стенку кишечника, и функцию кишечного барьера.

Другой механизм — через иммунную активацию, поскольку иммунная система подает двунаправленные сигналы в мозг. Циркуляция про- или противовоспалительных цитокинов косвенно опосредована влиянием микроорганизмов на врожденную иммунную систему, которая затем может непосредственно воздействовать на функцию мозга. Врожденная и адаптивная иммунная система также имеет решающее значение для здоровья кишечника в поддержании гомеостаза кишечного интерфейса хозяин-микроб.

Блуждающий нерв или черепной нерв является главным нервом парасимпатической нервной системы и опосредует многие функции органов, включая сужение бронхов, частоту сердечных сокращений и подвижность кишечника, передавая информацию о люминальной среде, такой как гиперосмолярность, уровень углеводов и наличие бактериальных продуктов. Исследования ваготомии позволили связать определенные сигнальные сигналы между кишечником и мозгом с этим нервом. Его активация также оказывает противовоспалительное действие.

Многие микробы производят нейрометаболиты, которые являются либо нейротрансмиттерами, либо модуляторами нейротрансмиссии, включая ГАМК (γ-аминомасляную кислоту), производимую Lactobacillus spp. и Bifidobacterium spp, норадреналин, производимый Escherichia spp, Bacillus spp и Saccharomyces spp, серотонин из Candida spp, Streptococcus spp, Escherichia spp и Enterococcus spp. Они могут действовать непосредственно на нервные терминалы в кишечнике или через «передающие» клетки, такие как энтерохромаффинные клетки, которые присутствуют по всему кишечному тракту, доступны для микробов и находятся в контакте с афферентными и эфферентными нервными терминалами. Некоторые из этих клеток также могут подавать сигналы и, следовательно, модулировать активность иммунных клеток.

Микробные метаболиты вырабатываются микробами при модуляции метаболических реакций хозяина, включая желчную кислоту, короткоцепочечные жирные кислоты и холин. Углеводы из пищевых волокон также расщепляются микробами, что приводит к образованию нейроактивных химических веществ, таких как н-бутират, ацетат, сероводород и пропионат. Изменения или перепроизводство определенных метаболитов связаны с расстройствами мозга, такими как аутизм.

Считается, что метаболизм триптофана нарушен при многих расстройствах пищеварения и мозга. Триптофан — незаменимая аминокислота, которая не может вырабатываться человеческим организмом и должна поступать с пищей или кишечными бактериями. Он является предшественником многих нейроактивных веществ, включая серотонин, который регулирует моторику кишечника, а также является важным нейротрансмиттером, влияющим на настроение и самочувствие. Кинурениновое звено метаболизма триптофана опосредует 95 % периферического уровня триптофана. Уровень кинуренина : триптофана нарушен у животных, не имеющих зародышей, а также в моделях депрессии, которые успешно лечатся пробиотиками. Метаболизм кинуренина может быть индуцирован медиаторами воспаления и гормонами стресса. Исследование показало, как пробиотические бактерии могут изменять концентрацию кинуренина.

Влияние микробиома на поведение

Многие новые исследования оси микробиом-кишечник-мозг рассматривают регуляцию гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (HPA) оси, которая регулирует реакцию организма на стресс. Ось HPA является важной частью эндокринной системы, которая также регулирует многие другие процессы, включая пищеварение, иммунный ответ, настроение и эмоции, сексуальность, накопление и расходование энергии. Хроническая чрезмерная активация оси HPA может иметь последствия для обучения и памяти, тревожности и депрессии.

Ранние эксперименты по сравнению стерильных и колонизированных микробами мышей показали, что активность оси HPA преувеличена у стерильных мышей, что обратимо после колонизации пробиотическими бактериями Bifidobacterium infantis; и чем раньше происходила колонизация, тем полнее обратный эффект.

Однако были зафиксированы и прямо противоположные наблюдения, когда у стерильных мышей отмечалось снижение тревожности. Причина таких расхождений остается неясной, но может быть связана с разным составом микробиоты у мышей в разных исследованиях. На поведенческом уровне исследования показывают, что безмикробные животные смелее и проявляют меньшую тревожность в тестах на тревожность, таких как приподнятый плюс-лабиринт или светло-темные коробки, которые проверяют отвращение животных к открытым или светлым пространствам. Эти изменения сопровождались изменением экспрессии рецепторов нейротрансмиттеров NMDA и серотонина в мозге.

Исследования также проводились путем заражения животных микробами и оценки физиологии и поведения. Заражение Trichuris muris, который тесно связан с человеческим паразитом Trichuris trichiura, известным как хлыстовый червь, приводит к хроническому воспалению. У зараженных мышей наблюдалось повышенное тревожно-подобное поведение, увеличение соотношения кинуренин : триптофан в плазме крови и уровня провоспалительных цитокинов — фактора некроза опухоли-α и интерферона-γ. Мыши также показали снижение экспрессии фактора роста нейронов головного мозга (BDNF) в гиппокампе — области мозга, участвующей в обучении и памяти. Прием Lactobacillus rhamnosus (JB-1) улучшил тревожно-подобное поведение у мышей, снизил уровень гормона стресса кортикостерона, а также изменил экспрессию рецепторов нейротрансмиттера ГАМК в мозге, что согласуется с результатами исследований при тревожных и депрессивных расстройствах.

Уровень тревожности может различаться у разных штаммов лабораторных мышей, и эта особенность была использована в исследованиях микробиома. Штамм Balb/c, как правило, более робкий и тревожный по сравнению со штаммом NIH Swizz, который описывается как более стайный. Путем получения стерильных животных каждого штамма и последующего заражения их фекалиями от колонизированных стерильных животных противоположного штамма, поведенческий фенотип был передан между штаммами. Этот пример передачи поведенческих признаков подчеркивает важность влияния микробиоты кишечника на поведение и личность. Исследования на животных подтверждаются исследованиями на людях. Исследование, опубликованное в 2013 году, показало, что употребление здоровыми женщинами кисломолочного напитка, содержащего пробиотики, ослабляет вызванные эмоциональным стрессом изменения активности и связи мозга, оцениваемые с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). В другом исследовании с участием 66 здоровых добровольцев было установлено, что прием комбинации пробиотиков в течение 30 дней уменьшает психологический дистресс.

Эксперименты с обучением и памятью также показали, как микробиота кишечника может влиять на когнитивные функции. У мышей без микробов наблюдалась дисфункция памяти, вызванная стрессом, а у мышей с диабетом, страдающих нарушениями в обучении и памяти, улучшилось состояние благодаря приему пробиотиков. Являются ли эти нарушения в обучении прямым результатом нарушения микробиома или косвенным результатом стресса или диабета, остается неясным.

Нарушение микробиома и болезни

Учитывая все эти исследования, показывающие важность микробиома кишечника для оси кишечник-мозг, кажется вероятным, что многие расстройства нервной системы, такие как боль, аутизм и рассеянный склероз, могут быть результатом дисбактериоза (дисбаланса микроорганизмов) в кишечнике.

Некоторые из наиболее убедительных доказательств важности оси микробиома-кишечник-мозг получены в результате изучения влияния микробиоты на боль, особенно висцеральную. Пробиотики способны уменьшать болевые симптомы, связанные с синдромом воспаления кишечника, а также абдоминальную боль у животных. Это было связано с изменениями в экспрессии опиоидных и каннабиноидных рецепторов в кишечнике, что может быть опосредовано прямым возбуждением энтеральных нейронов в кишечнике, контролирующих моторику толстой кишки.

При аутизме с 1990-х годов отмечается временное улучшение симптомов после приема антибиотиков или изменения рациона питания. У аутистов наблюдаются изменения в метаболизме серы и профиле пептидов в моче, а также повышение уровня короткоцепочечных жирных кислот и аммиака в кишечнике. Поскольку производство короткоцепочечных жирных кислот является побочным продуктом анаэробной ферментации, это говорит о чрезмерном росте анаэробных бактерий, таких как Clostridia, Bacteriodetes и Desulfovibrio. Клостридии действительно были обнаружены в избытке в фекалиях аутичных детей.

Появляется все больше доказательств того, что воздействие гербицида Roundup компании Monsanto может быть основной причиной расстройств аутистического спектра. Глифосат, активный ингредиент, действует через ингибирование фермента 5-енолпирувилшикиминовой кислоты-3-фосфат синтазы (EPSPS синтазы) в шикиматном пути, который катализирует производство ароматических аминокислот. Этот путь не существует у животных, но он существует у бактерий, включая те, которые живут в кишечнике и, как теперь известно, являются такой же частью нашего тела, как и наши собственные клетки. Широко распространенная догма гласит, что глифосат безопасен из-за отсутствия фермента EPSPS в нашем организме. Однако теперь, когда важность нашей микробиоты для нашей физиологии стала очевидной, это утверждение не выдерживает критики.

Было установлено, что дети-аутисты в Соединенных Штатах гораздо чаще находятся на молочном вскармливании, причем некоторые молочные смеси содержат сою, а значит, скорее всего, это ГМ-соя, загрязненная глифосатом. Кроме того, у крупного рогатого скота и птицы, подвергшихся воздействию глифосата, возникает дисбактериоз: увеличивается количество патогенных штаммов, таких как Salmonella и Clostridium, и уменьшается количество полезных бактерий. Также было показано, что раундап токсичен для трех полезных бактериальных стартовых культур, используемых в молочной промышленности. У аутистов наблюдается снижение метаболизма триптофана, а истощение триптофана приводит к обострению аутистических симптомов, а также к ощущению счастья и спокойствия. Повышение уровня аммиака у аутистов может объясняться способностью глифосата активировать фенилаланиновую аммиачную лиазу (PAL), фермент, содержащийся в животных и кишечных бактериях, что подтверждает тесную связь между аутизмом и печеночной энцефалопатией, которая также характеризуется избытком аммиака. Способность глифосата нарушать функцию печени и, следовательно, выведение ксенобиотиков из организма путем ингибирования ферментов цитохрома P450, а также нарушение транспорта сульфатов в сыворотке крови может еще больше усугубить проблему. Нарушение глифосатом функции печени, транспорта сульфатов и микрофлоры кишечника также способствуют развитию многих других заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, ожирение, депрессию, рак, бесплодие, диабет и болезни сердца.

Еще одним заболеванием нервной системы, на которое может влиять микробиота кишечника, является рассеянный склероз (РС), разрушительное аутоиммунное заболевание нервной системы. Мышиные модели рассеянного склероза, страдающие аутоиммунным энцефаломиелитом (EAE), демонстрируют уменьшение симптомов, когда их содержат без микробов, что указывает на глубинную роль микробиоты кишечника [24]. Кроме того, мыши, восприимчивые к аутоиммунному энцефаломиелиту (EAE), не заболевают, если их содержат в условиях, свободных от микробов или специфических патогенов.

Заключение

В кишечнике может находиться более 98% генов нашего организма, которые принадлежат резидентной микробиоте. Микробиота играет важнейшую роль в нашей физиологии. Нарушение их функций и состава может иметь далеко идущие последствия, поэтому нам крайне важно понять, как именно факторы окружающей среды, будь то использование антибиотиков, воздействие химических веществ, диета и образ жизни, влияют на этот невероятный симбиоз. Чрезмерное использование антибиотиков, особенно в сельском хозяйстве, а также вредных химических веществ необходимо немедленно сократить или даже запретить, если мы хотим сдержать рост хронических заболеваний в большинстве стран мира.

Источник: https://www.permaculturenews.org/2013/11/21/microbes-influence-minds/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *