Může to vypadat, že naše mozky jsou fyzicky vzdálené od našeho střeva, ale v posledních letech výzkum ukázal silný důkaz, který naznačuje, že obrovské společenství mikrobů koncentrovaných v našem střevu poskytuje spojení mezi mozkem a střevem. Střevní mikrobiom ovlivňuje kognitivní funkce a emoce, ovlivňuje problémy nálady a duševního zdraví a dokonce i způsob zpracování informací. Bylo však obtížné pochopit, jak to mikroflóra dělá.
Až donedávna ukázaly studie spojení mezi střevem a mozkem pouze korelaci mezi stavem střevní mikroflóry a procesy probíhajícími v mozku. Nové objevy však pomáhají vytvořit podrobnější obrázek založený na výzkumu, který prokazuje zapojení mikrobiomů do stresových reakcí. Zaměřením na reakce, jako jsou pocity strachu, a zejména na to, jak strach v průběhu času zmizí, vědci nyní zkoumají, jak se liší chování myší se sníženou mikroflórou. Zjistili rozdíly v nervových sítích, mozkové aktivitě a genové expresi a také zjistili přítomnost krátkého časového okna po narození jednotlivce, při obnově mikroflóry, tj. Bakteriální kolonizace,stále schopen zabránit nástupu poruch chování u dospělých. Dokonce identifikovali čtyři specifické látky, které mohou přispět k těmto změnám. Může být příliš brzy na to, abychom předpovídali, jaké terapie by mohly být nabízeny, jakmile pochopíme toto spojení mezi střevní mikroflórou a mozkem, ale tyto specifické rozdíly podporují hypotézu hlubokého vztahu mezi těmito dvěma systémy.
Podle Christophera Lowryho, docenta na Katedře integrované fyziologie na Coloradské univerzitě v Boulderu, je určování těchto mechanismů interakce s mozkem hlavní výzvou při výzkumu mikrobiomů. "Vědci mají nějaké zajímavé nápady," řekl.
Coco Chu, hlavní autor nové studie a výzkumného pracovníka na Weill Cornell Medicine College, se začal zajímat o koncept, že mikroorganismy žijící v našem těle mohou ovlivnit jak naše pocity, tak naše činy. Před několika lety se rozhodla tyto interakce podrobně studovat ve spolupráci s psychiatry, mikrobiology, imunology a vědci z jiných oborů.
Vědci provedli klasické cvičení s cílem vyvinout behaviorální dovednosti u myší, z nichž některým byla podána antibiotika, která dramaticky snížila množství mikroflóry v jejich tělech, a někteří z nich byli izolováni tak, aby vůbec neměli mikroflóru. Všechny myši se stejně dobře naučily bát se zvuku, následovaného elektrickým proudem. Když vědci přestali používat elektrické šoky na myši, obyčejné myši se postupně naučily nebát se zvuku. Ale u „sterilních“myší, u kterých bylo sníženo množství mikroflóry nebo vůbec žádná mikroflóra, strach nezmizel - při zvuku signálu zpravidla častěji upadly do hlouposti než běžné myši.
Při pohledu do mediální prefrontální kůry, oblasti mozkové kůry, která zpracovává strachové reakce, vědci zaznamenali zřetelné rozdíly u myší se sníženou mikroflórou: část genové aktivity byla nižší. Gliové buňky stejného druhu nebyly vyvinuty. Takzvané dendritické páteře - výčnělky na neuronech spojené s procesem zpracování a učení informací, se objevovaly méně často a častěji mizely. V buňkách jednoho druhu byla pozorována nižší úroveň neuronální aktivity. Dojem je, že myši bez zdravých mikrobiomů nemohou zapomenout na strach a naučit se nebát. A vědci to mohli vidět na buněčné úrovni.
Výzkumníci se také pokusili zjistit, jak tyto změny způsobil stav střevní mikroflóry. Jednou z možných možností bylo, aby mikroby vysílaly signály do mozku dlouhým vagusovým nervem, který přenáší smyslové signály z trávicího traktu do mozkového kmene. Ale po odříznutí vagus nervu se chování myší nezměnilo. Navíc se zdálo možné, že střevní flóra může vyvolat imunitní odpovědi, které ovlivňují mozek. Počet a procento imunitních buněk u všech myší však bylo stejné.
Vědci však našli čtyři typy látek vylučovaných střevními mikroorganismy a ovlivňující nervové spojení, které byly mnohem méně v séru, mozkomíšním moku a stolici myší s nedostatečnou mikroflórou. Některé z těchto látek již byly spojeny s neurologickými poruchami u lidí. Podle mikrobiologa Davida Artise, ředitele Institutu pro výzkum zánětlivých střevních chorob na Weill Cornell Medicine College a vedoucího autora studie, vědci pracující pod jeho vedením navrhli, aby mikroflóra mohla uvolňovat určité látky ve velkém množství a některé molekuly pronikly do mozek.
Propagační video:
V řadě laboratoří roste zájem o identifikaci specifických látek vylučovaných bakteriemi, které se podílejí na přenosu signálů z nervového systému, říká Melanie Gareau, docentka na katedře anatomie, fyziologie a cytologie na University of California v Davisu. Do těchto procesů je pravděpodobně zapojeno mnoho metabolitů a jsou zapojeny metabolické cesty.
Emeran Mayer, profesor medicíny na University of California v Los Angeles a ředitel Oppenheimerova centra pro neurobiologii stresu a odolnosti vůči stresu, poznamenává, že výzkumné poznatky o jiných poruchách, jako je deprese, poukazují také na vazbu na určité látky uvolňované mikroby. Stále však neexistuje shoda ohledně toho, které z nich přispívají k jakémukoli porušení. A zatímco mnoho lidí s poruchami mozku jasně změnilo střevní mikroflóru, často není jasné, zda je změna příčinou nebo důsledkem nemoci, říká. Změny ve stavu mikroflóry mohou vést k neurologickým problémům, ale nemoci mohou také způsobit změny ve stavu mikrobiomu.
V této oblasti existují neshody nejen o důsledcích poruch mikroflóry, ale také o zdravé mikroflóře. „Dlouho jsme se zaměřovali na skutečnost, že bychom mohli identifikovat konkrétní typy bakterií, které buď představují riziko poruch a nemocí souvisejících se stresem, nebo jim poskytují rezistenci, a nemusí to být konkrétní mikroby. „Říká Lowry. I u zdravých lidí je mikroflóra velmi odlišná. Na konkrétních mikrobech nemusí záležet, pokud je mikroflóra dostatečně různorodá - stejně jako u mnoha různých typů zdravých lesů nemusí být jeden konkrétní strom potřebný.
Studium účinků mikroflóry na nervový systém je však novou oblastí vědy a nejistota existuje i o tom, jaký je tento účinek. Závěry vyvozené z výsledků předchozích experimentů o tom, zda změny mikroflóry přispívají k tomu, že zvířata zapomínají na naučené dovednosti a přestanou cítit strach, byly buď neopodstatněné nebo protichůdné. Co se týče závěrů, ke kterým dospěli Coco Chu a její kolegové, mají zvláštní význam, protože vědci mohou poskytnout důkaz o existenci specifického mechanismu, který způsobuje chování, které pozorovali. Takové studie na zvířatech jsou obzvláště důležité pro posílení jasného spojení mezi nervovým systémem a střevní mikroflórou, i když nejsou zaměřeny na hledání způsobů léčby lidí, říká Kirsten Tillisch. Profesor medicíny na David Geffen School of Medicine na University of California v Los Angeles. "Způsob, jakým zpracováváme emoce, fyzické pocity a znalosti v lidském mozku, je natolik odlišný od toho, jak se to u zvířat děje, že je to jen velmi obtížné aplikovat," říká.
Teoreticky by přítomnost určitých látek uvolňovaných mikroflórou mohla pomoci určit, kdo je nejzranitelnější vůči poruchám, jako je posttraumatická stresová porucha (PTSD). Experimenty, jako jsou tyto, by mohly dokonce identifikovat cesty interakce mezi mozkem a mikrobiomem, které mohou být léčbou ovlivněny. "Tyto experimenty s myší nám vždy dávají velkou naději, že se blížíme ke stádiu intervenčního výzkumu," říká Emeran Meyer a pomocí přesných metod tyto studie často přinášejí úžasné výsledky. Ale procesy probíhající v mozku myší zcela neodpovídají činnosti lidského mozku. Navíc u lidí a myší se procesy interakce mezi mozkovou a střevní mikroflórou liší a tato nesrovnalost je ještě zhoršena skutečností, žeže jejich střevní mikroflóra je odlišná kvůli rozdílu v konzumované potravě.
U lidí mohou být zásahy do změny střevní mikroflóry nejúčinnější během dětství a raného dětství, kdy se střevní mikroflóra stále vyvíjí a v mozku probíhá počáteční programování, říká Mayer. Ve své nejnovější studii vědci viděli zvláštní časové okno v kojeneckém věku, kdy myši potřebovaly běžnou mikroflóru, aby si vyvinuly schopnost potlačit strach v dospělosti. Myši, které byly během prvních tří týdnů zcela izolovány od účinků mikrobů, byly poté umístěny do podmínek, ve kterých byly společně s myšmi, které měly obvyklou střevní mikroflóru. "Sterilní" myši zachytily mikroby od jiných myší a v důsledku toho si vyvinuly bohatou mikroflóru. Když ale vyrostli as nimi byly stejné pokusy provedeny na „odstavení ze strachu“,jejich výsledky byly stále nízké. Ve věku pouhých několika týdnů byli všichni příliš staří na to, aby získali normální dovednost naučit se, jak potlačit jejich strach.
Když však byla mikroflóra obnovena u novorozených myší, které po umístění do pěstounských rodičů dostaly bohatý mikrobiom, myši vyrostly a chovaly se normálně. Ukázalo se, že v prvních několika týdnech po narození je mikroflóra velmi důležitá - a toto pozorování plně odpovídá univerzálnějšímu pojetí, že nervové obvody, které řídí schopnost zažít strach, jsou citlivé již v raném věku, říká Tillisch.
Schopnost „odstavit se ze strachu“, kterou vědci studovali, je evoluční základní dovedností, řekl Artis. Znalost toho, co vyvolává strach a schopnost přizpůsobit se, když již není hrozbou, může být pro přežití rozhodující. Neschopnost potlačit strach je také vidět u lidí s PTSD a je spojena s jinými poruchami mozku, takže prohlubování vědeckých znalostí mechanismů, které ovlivňují tuto neuronovou síť, může pomoci pochopit základní lidské chování a připravit půdu pro léčebné možnosti.
V evolučním měřítku se lidská střevní flóra změnila s růstem městské populace a poškození mozku je stále výraznější. Mnoho mikrobů, které žijí v každém z nás, se vyvinulo s naším druhem a je velmi důležité, abychom pochopili, jak ovlivňují fyzické a duševní zdraví, říká Lowry. Prostřednictvím mikroflóry může prostředí ovlivňovat také náš nervový systém, což dále komplikuje proces studia zdraví a nemocí mozku.
Elena Renken