Niedawno w czasopiśmie Nature ukazał się kolejny artykuł, w którym za szereg chorób człowieka, w tym psychicznych, obwinia się mikroby - mieszkańców naszych jelit. Przez pół wieku badań bakterii jelitowych naukowcy nie byli w stanie określić, co przynoszą więcej - korzyści czy szkody. Udało nam się jednak upewnić, że między innymi drobnoustroje mogą powodować zmiany w zachowaniu człowieka i zdrowiu psychicznym. Tłumaczymy ich sygnały z języka drobnoustrojów na ludzki język i zachęcamy czytelnika do samodzielnego zadecydowania, czy bakterie są przyjaciółmi czy wrogami (ale nie obiecujemy, że nie wpłyną one na jego opinię).
O drobnoustrojach i ludziach
Pamiętacie sowiecką kreskówkę o łosiu, na którego rogach jechały leśne zwierzęta i zrobiły tam dom? Nasz organizm jest tym samym łosiem dla bilionów organizmów jednokomórkowych (większość z nich to bakterie), które zbiorczo nazywane są drobnoustrojami, mikroflorą lub mikroflorą. Można nawet powiedzieć, że my i nasze drobnoustroje stanowimy jeden meta-organizm, który należy rozpatrywać jako całość, ponieważ nie ma ludzi bez mikrobów.
Ludzie i mikroby zjednoczyli się w imię najcenniejszej rzeczy, jakiej potrzebuje żywy organizm - pożywienia. Ludzie wiedzą, jak to zdobyć, a mikroby mogą to strawić. Jednak dla pokojowego współistnienia muszą wypełnić pakt o nieagresji. Dlatego, działając na gromadzenie się komórek odpornościowych w ścianie jelita, bakterie osłabiają możliwą odpowiedź immunologiczną. Jeśli tak się nie stanie, na przykład z powodu braku bakterii, odporność osoby staje się bardziej agresywna. Prawdopodobnie właśnie z tego powodu dzieci, które dorastały w warunkach niskiej zawartości bakterii (czyste, bez kontaktu z matką i jej mlekiem) są bardziej narażone na alergie i choroby autoimmunologiczne. Ze swojej strony mikroby nie niszczą ściany jelita. Jednak pozostają spokojnymi sąsiadami tylko do momentu, gdy przenikną do ludzkiego ciała. Tam powodują poważne stany zapalne,z którymi niełatwo sobie poradzić.
Ponadto drobnoustroje wymagają ochrony swoich interesów. Na przykład ważne jest dla nich, aby regularnie otrzymywali pożywienie i aby ściana jelita ich nie uszkodziła. Aby to zrobić, uwalniają cząsteczki sygnałowe, które regulują aktywność otaczających komórek gospodarza, na przykład wchłanianie lub wydzielanie enzymów, a nawet odkładanie tłuszczu (tak, istnieją dowody na to, że otyłość jest związana z brakiem równowagi w mikroflorze jelitowej). I wreszcie takie współistnienie czasami prowadzi do dziwnych efektów. Na przykład drobnoustroje mogą spożywać lub modyfikować leki przyjmowane przez gospodarza, co czasami znacznie zmniejsza skuteczność leczenia. Mogą też wydzielać swoje DNA (w ramach wymiany genów z innymi bakteriami), które może zostać wchłonięte przez otaczające tkanki gospodarza. Jak dotąd nie ma jednoznacznych dowodów na to, że geny bakteryjne działają w komórkach ściany jelita. Jednak podobne przypadki są znane u owadów i robaków. W genomie ludzkim znaleziono pewne sekwencje, które są podejrzanie podobne do sekwencji bakteryjnych. Prawdopodobnie między nami a naszymi mikromieszkańcami jest trochę więcej wspólnego, niż się wydaje na pierwszy rzut oka.
Co robią mikroby w ludzkim ciele? Ilustracja: Michaił Fomin, poddasze.
Okazuje się, z jednej strony, że niebezpieczeństwo jest zawsze blisko. Z drugiej strony nie sposób się go pozbyć, bo brak drobnoustrojów przekłada się na jeszcze gorsze konsekwencje niż ich obecność. I tak np. Zgodnie z „hipotezą higieniczną” nadmierne dążenie do czystości i higieny jest szkodliwe dla zdrowia, a wczesny kontakt dziecka z bakteriami i alergenami, wręcz przeciwnie, wzmacnia układ odpornościowy. Jednak nadal publikowane są artykuły, których autorzy uważają mikroby za pasożyty wykorzystujące ludzi do własnych potrzeb. I tutaj wpływ mikrobioty na układ nerwowy człowieka staje się mocnym argumentem.
Film promocyjny:
Droga do mózgu przez żołądek
Wydawałoby się, gdzie jest mózg, a gdzie żołądek? Niemniej jednak pierwszą rzeczą, której organizm potrzebuje do przetrwania, jest pożywienie, co oznacza, że mózg musi jasno zrozumieć, czy tam jest, co się z nim dzieje i czy układ pokarmowy działa dobrze. Specjalnie do tego komórki enterochromafinowe znajdują się w ścianie jelita - mikrogrupach, które wydzielają wiele substancji regulatorowych. Niektóre z nich działają na pobliskie komórki, stymulując lub spowalniając trawienie. Inne aktywują neurony w ścianie jelita, zwłaszcza koniec nerwu błędnego, który trafia bezpośrednio do mózgu. Dodatkowo pod powierzchnią jelita znajdują się bolesne zakończenia, które również reagują na substancje wydzielane przez komórki enterochromafiny i mogą sygnalizować, że organizm zjadł coś złego. Wreszcie ściana jelita jest wypełniona komórkami odpornościowymi,wrażliwy na substancje penetrujące. Po wykryciu wroga komórki te wywołują stan zapalny, podczas gdy uwalniane są substancje, które działają na zakończenia nerwowe i dostają się do krwiobiegu. W ten sposób stres może zmienić się z lokalnego na globalny.
Oczywiście w mózgu szybko pojawiają się też informacje o aktywności bakterii. Po pierwsze, „spokojne” drobnoustroje stymulują trawienie, a wiele pokarmów, które trawią lub syntetyzują, trafia do krwiobiegu. Na przykład krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (rozkładając je, otrzymujemy 5-10% naszej dziennej energii). Komórki mózgowe mają receptory, które je wychwytują i sygnalizują uczucie sytości. Ponadto, wraz z dostępnością zasobów energetycznych, mózg rozwija się lepiej. Schizofrenia i choroba afektywna dwubiegunowa są częstsze u dzieci niedożywionych w łonie matki. Natomiast wzrost ilości krótkołańcuchowych kwasów tłuszczowych we krwi stymuluje uczenie się i pamięć.
Po drugie, bakterie aktywnie komunikują się ze ścianą jelita (a przez nią - z mózgiem żywiciela), uwalniając substancje działające na komórki enterochromafiny. Co ciekawe, substancje sygnalizacyjne bakterii są po prostu bezpośrednimi analogami naszych własnych hormonów i neuroprzekaźników: okazało się, że mikroflora jelitowa może wytwarzać noradrenalinę, dopaminę, serotoninę, testosteron, histaminę, a także neuroprzekaźnik, kwas gamma-aminomasłowy i białka - regulatory apetytu (np. grelina i leptyna). Ponadto niektóre bakterie mogą wydzielać benzodiazepiny, substancje o działaniu uspokajającym (wśród swoich krewnych, na przykład słynny środek uspokajający fenazepam). Naukowcy uważają, że wszystkie te cząsteczki sygnałowe są bardzo stare i były używane przez bakterie do komunikowania się ze sobą w tamtych czasach.kiedy ewoluowały organizmy wielokomórkowe. Oznacza to, że mikroflora jelitowa działa jako dodatkowe żelazo w ludzkim ciele.
Ilustracja: Michaił Fomin, poddasze.
Więc czego chcą mikroby?
W pierwszym przybliżeniu motywacja drobnoustrojów nie jest trudna: chcą pożywienia. Jeśli nie ma dla nich wystarczającej ilości składników odżywczych, mogą wydzielać substancje, które stymulują bolesne zakończenia w ścianie jelita. Istnieje nawet przerażająca hipoteza, że kolka u niemowląt jest również wywoływana przez bakterie: ból powoduje, że organizm przekierowuje wewnętrzne zasoby energii do okolicy jelit, a płacz (wywołany działaniem drobnoustrojów na mózg) przyciąga rodziców, którzy próbują nakarmić dziecko, aby je uspokoić.
Jeśli właściciel jest wystarczająco dorosły, można regulować produkcję żywności bezpośrednio przez układ nerwowy. Na przykład przy wystarczającej ilości pożywienia niektórzy z naszych pożytecznych sąsiadów syntetyzują niezbędny aminokwas tryptofan, który jest podstawą produkcji serotoniny, tak zwanego „hormonu szczęścia”. Serotonina z kolei reguluje pracę układu nerwowego, wywołując uczucie sytości, wyciszenia i radości. Przy braku pożywienia hormony drobnoustrojów i neuroprzekaźnik mogą zmienić zachowanie w kierunku lęku i eksploracji. W słynnym eksperymencie naukowcy przeszczepili mikroflorę z linii myszy ze zwiększonym lękiem do normalnych myszy, a ich poziom niepokoju również wzrósł. Cechy mikrobioty stwierdzono również u osób z zaburzeniami zachowania, takimi jak depresja, schizofrenia czy anoreksja. Naukowcy uważają, że zaburzenia równowagi neuroprzekaźników spowodowane przez bakterie jelitowe mogą być przyczyną tych zaburzeń.
Ponadto zarazki pragną ulubionego jedzenia. Mikrobiota składa się z wielu rodzajów bakterii różniących się preferencjami żywieniowymi. A każdy rodzaj bakterii stara się działać na organizm żywiciela w taki sposób, aby często zjadał dokładnie jego ulubione substancje. Prawdopodobnie dlatego skład mikroflory jelitowej różni się również u osób przestrzegających różnych reżimów żywieniowych: dominujące drobnoustroje powodują apetyt na różne rodzaje pożywienia. Mogą to osiągnąć na przykład poprzez redystrybucję kubków smakowych. Wiadomo, że zmysł smaku może zmieniać się podczas operacji na jelitach, podczas których nieuchronnie zmienia się skład drobnoustrojów. Ale nawet u tych, którzy stosują tę samą dietę, bakterie mogą powodować zmianę preferencji żywieniowych. Naukowcy porównali zawartość substancji bakteryjnych w moczu słodyczy i osób, którym słodycze są obojętne,którzy jednak jedli to samo. Okazało się, że te substancje w moczu są różne! Okazuje się, że łaknienie cukru może być własnością mikroflory, a nie jej właściciela. Więc jeśli wydaje ci się, że patologicznie kochasz czekoladę, możliwe, że twoje mikroby naprawdę ją uwielbiają.
Wreszcie mikroby chcą podróżować, wnikać do innych organizmów i wymieniać geny z odległymi krewnymi żyjącymi z innymi żywicielami. Dlatego korzystne byłoby dla nich zwiększenie socjalności osoby. Rzeczywiście, stwierdzono, że myszy hodowane w środowisku wolnym od zarazków wykazują wzorce zachowań podobne do tych u osób autystycznych, ponieważ nie otrzymują wewnętrznego sygnału uspołeczniającego. Ponadto naukowcy zidentyfikowali różnice w mikrobiocie dzieci z zaburzeniami ze spektrum autyzmu w porównaniu ze zdrowymi dziećmi. Jednak większość dzieci z autyzmem ogranicza swoją dietę do niewielkiego zestawu pokarmów. Uważa się, że jest to spowodowane brakiem równowagi ich mikroflory: niektórych drobnoustrojów jest wiele, innych prawie żadnych, dlatego preferencje smakowe są silnie tendencyjne i nie ma wystarczających wezwań do socjalizacji ze strony bakterii.
Zaraźliwy apetyt
Tak więc wiele cech lub zaburzeń behawioralnych może mieć charakter bakteryjny. Prowadzi to do dwóch wniosków, które mogą mieć wpływ na medycynę przyszłości.
1) Cechy behawioralne mogą być przenoszone przez drobnoustroje.
Potwierdza to eksperyment na myszach, w którym przeszczepienie mikroflory zmieniło ich zachowanie na bardziej alarmujące. Ponadto naukowcy obliczyli, że osoby z bliskimi znajomymi, które są otyłe, są bardziej narażone na wystąpienie tego samego objawu. Możliwe, że skłonność do otyłości może być również przenoszona wraz z drobnoustrojami, chociaż nie zostało to jeszcze bezpośrednio udowodnione. Wreszcie pojawia się hipoteza, że preferencje smakowe (które, jak już wiemy, mogą zmieniać się również pod wpływem bakterii) są bliższe członkom tej samej rodziny niż osobom nieznanym. To prawdopodobnie pozwala odkryć „tajemnicę barszczu mamy” - potrawy przygotowywane w domu mogą wydawać się smaczniejsze od innych, nie tylko dlatego, że człowiek przyzwyczaja się do niego od dzieciństwa, ale także dlatego, że najbliżsi mają mu najbliższy skład bakterii,które wymagają tych samych składników odżywczych.
2) Cechy behawioralne można leczyć drobnoustrojami.
Wydaje się, że coraz więcej chorób wiąże się z różnicami w mikroflorze jelitowej. Na przykład niedawno naukowcy w 100% przypadków byli w stanie rozróżnić osoby cierpiące na depresję od osób zdrowych, wykorzystując jedynie analizę stolca. A kiedy przyczyna staje się znana, otwierają się możliwości leczenia. I pomimo tego, że ogólnie dostępna terapia mikrobiologiczna nie została jeszcze opracowana, pojedyncze badania pokazują niesamowite rezultaty. Na przykład tę samą depresję można by skuteczniej wyleczyć, łącząc leki przeciwdepresyjne z antybiotykami (niszcząc nadmiar mieszkańców jelit). Przeszczepy kału (złożone procedury, podczas których bakterie są usuwane ze stolca zdrowych ludzi, pakowane w kapsułki i karmione nimi) zmniejszyły nasilenie objawów autyzmu u ludzi. Wreszcie, profilaktyka drobnoustrojów również przyniosła owoce: w grupie dzieciktórzy byli regularnie karmieni probiotykami (czyli zestawem drobnoustrojów z „normalnej” mikroflory), u nikogo nie wystąpił zespół Aspergera ani zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi, podczas gdy w grupie kontrolnej 17% dzieci dorastało z jedną z tych nieprawidłowości w zachowaniu.
***
Najnowsze wiadomości z życia naszych jelitowych sąsiadów skłaniają nas do ponownego przemyślenia naszego spojrzenia na życie. Wiele z tego, co wcześniej uważano za niezbywalną (a czasem nieuleczalną) właściwość ludzkiego ciała, okazuje się być wynikiem braku równowagi mikrobiologicznej. Mimowolnie zastanawiasz się: gdzie jest prawdziwa osoba, która nie podlega tym mikroskopijnym manipulatorom? W międzyczasie naukowcy szukają sposobu na negocjacje z nimi, zaleca się, aby nie wpadać w panikę i nie pić kefiru: badania wykazały, że bakterie kwasu mlekowego nie tylko poprawiają trawienie, ale także rozweselają, a czekanie na kolejne odkrycia staje się przyjemniejsze.