Može se činiti da su nam mozgovi fizički udaljeni od naših crijeva, ali posljednjih godina istraživanja su pokazala snažne dokaze koji ukazuju na to da ogromne zajednice mikroba koncentriranih u našem crijevu pružaju vezu između mozga i crijeva. Mikrobiom crijeva utječe na kognitivne funkcije i emocije, utječe na raspoloženje i probleme mentalnog zdravlja, pa čak i na način na koji se informacije obrađuju. Ali bilo je teško razumjeti kako mikroflora to radi.
Do nedavno su studije o povezanosti crijeva i mozga uglavnom pokazale samo povezanost između stanja crijevne mikroflore i procesa koji se odvijaju u mozgu. No, nova otkrića pomažu u stvaranju detaljnije slike temeljene na istraživanjima koja dokazuju uključenost mikrobioma u reakcije na stres. Usredotočujući se na odgovore poput osjećaja straha, a posebno na to kako strah s vremenom nestaje, istraživači su sada ispitali kako se razlikuje ponašanje miševa sa smanjenom mikroflorom. Identificirali su razlike u neuronskim mrežama, aktivnosti mozga i ekspresiji gena, a otkrili su i prisustvo kratkog vremenskog prozora nakon rođenja pojedinca, kada se obnavlja mikroflora, odnosno kolonizacija bakterija, tj.još uvijek u stanju spriječiti pojavu poremećaja u ponašanju kod odraslih. Čak su identificirali četiri specifične tvari koje mogu pridonijeti tim promjenama. Možda je prerano predvidjeti koja bi se terapija mogla ponuditi nakon što shvatimo ovu vezu mikroflore crijeva i mozga, ali ove specifične razlike podupiru hipotezu o dubokoj vezi dvaju sustava.
Određivanje ovih mehanizama interakcije s mozgom glavni je izazov u mikrobiološkom istraživanju, rekao je Christopher Lowry, docent na Odjelu za integrativnu fiziologiju na Sveučilištu Colorado u Boulderu. "Znanstvenici imaju zanimljive ideje", rekao je.
Coco Chu, vodeća autorica nove studije i istraživačica na Weill Cornell Medicine College, zainteresirala se za koncept da mikroorganizmi koji žive u našim tijelima mogu utjecati i na naše osjećaje i na naše djelovanje. Prije nekoliko godina odlučila je detaljno proučiti ove interakcije u suradnji s psihijatrima, mikrobiolozima, imunologima i znanstvenicima iz drugih područja.
Istraživači su proveli klasičnu vježbu za razvoj vještina ponašanja s miševima, od kojih su neki dobili antibiotike kako bi dramatično smanjili količinu mikroflore u svojim tijelima, a neki su odgajali izolirano tako da uopće nisu imali mikrofloru. Svi su miševi podjednako dobro naučili da se boje zvuka, praćenog električnim udarom. Kad su znanstvenici prestali koristiti električne udare na miševima, obični miševi postupno su naučili da se ne boje zvuka. Ali kod "sterilnih" miševa, u kojima je količina mikroflore smanjena ili uopće nije bilo mikroflore, strah nije nestao - na zvuk signala oni su u pravilu češće padali u omamljenost od običnih miševa.
Gledajući unutar medijalnog prefrontalnog korteksa, područja moždane kore koja obrađuje reakcije na strah, istraživači su primijetili različite razlike u smanjenim mišjim mikroflorama: neke aktivnosti gena bile su niže. Glijalne stanice iste vrste nisu razvijene. Takozvane dendritične bodlje - izbočenja na neuronima povezana s procesom obrade i učenja informacija pojavljivala su se rjeđe i nestajala češće. U stanicama jedne vrste opažena je niža razina neuronske aktivnosti. Utisak je da miševi bez zdravih mikrobioma ne mogu zaboraviti strah i naučiti se ne bojati se. A istraživači su to mogli vidjeti na staničnoj razini.
Istraživači su se također odlučili otkriti kako je stanje crijevne mikroflore uzrokovalo ove promjene. Jedna moguća opcija bila je da mikrobi šalju signale u mozak kroz dugačak vagusni živac koji prenosi signale osjetljivosti iz probavnog trakta u moždano stablo. No, nakon što je posjekao vagusni živac, ponašanje miševa nije se promijenilo. Uz to, činilo se da bi crijevna flora mogla izazvati imunološke odgovore koji utječu na mozak. Ali broj i postotak imunoloških stanica u svih miševa bili su isti.
Međutim, istraživači su otkrili četiri vrste tvari koje izlučuju crijevni mikroorganizmi koji utječu na neuronske veze, a kojih je bilo puno manje u serumu, cerebrospinalnoj tekućini i stolici miševa s nedostatnom mikroflorom. Neke od ovih tvari već su povezane s neurološkim poremećajima kod ljudi. Prema mikrobiologu Davidu Artisu, direktoru Instituta za upalne bolesti crijeva na Medicinskom fakultetu Weill Cornell i vodećem autoru studije, znanstvenici koji rade pod njegovim vodstvom sugerirali su da mikroflora može izlučiti određene tvari u velikim količinama, a neke molekule prodiru u mozak.
Promotivni video:
U mnogim laboratorijima raste interes za identificiranje specifičnih tvari koje izlučuju bakterije koje sudjeluju u prijenosu signala iz živčanog sustava, kaže Melanie Gareau, docentica na katedri za anatomiju, fiziologiju i citologiju Sveučilišta u Kaliforniji, Davis. Vjerojatno su brojni metaboliti uključeni u takve procese i metabolički putevi su uključeni.
Emeran Mayer, profesor medicine na Sveučilištu Kalifornija u Los Angelesu i direktor Oppenheimer centra za neurobiologiju stresa i otpornost na stres, napominje da nalazi istraživanja o drugim poremećajima, poput depresije, također ukazuju na povezanost s određenim tvarima koje luče mikrobi. Ali još uvijek ne postoji konsenzus o tome koji od njih doprinosi nastanku bilo kakvog kršenja. I dok je mnogim ljudima s poremećajima mozga jasno promijenjena mikroflora crijeva, često nije jasno je li promjena uzrok ili posljedica bolesti, kaže on. Promjene u stanju mikroflore mogu dovesti do neuroloških problema, ali bolesti mogu uzrokovati i promjene u stanju mikrobioma.
U ovom se području ne slažu samo posljedice poremećaja mikroflore, već i zdrava mikroflora. Dugo smo se fokusirali na činjenicu da možemo identificirati specifične vrste bakterija koje ili predstavljaju rizik od poremećaja i bolesti povezanih sa stresom ili im pružaju otpornost, a možda ne moraju biti određeni mikrobi - kaže Lowry. Čak je i kod zdravih ljudi mikroflora vrlo različita. Specifični mikrobi možda nisu bitni ako je mikroflora dovoljno raznolika - baš kao i kod mnogih različitih vrsta zdravih šuma, jedna određena vrsta stabla možda neće biti potrebna.
Međutim, proučavanje učinaka mikroflore na živčani sustav novo je područje znanosti, pa postoji neizvjesnost čak i o tome kakav je to učinak. Zaključci izvedeni iz rezultata prethodnih pokusa o tome doprinose li promjene mikroflore činjenici da životinje zaboravljaju naučenu vještinu i prestaju osjećati strah bili su neutemeljeni ili oprečni. Što se tiče zaključaka koje su došle Coco Chu i njezine kolege, oni su od posebne važnosti, jer znanstvenici mogu pružiti dokaze za postojanje određenog mehanizma koji uzrokuje ponašanje koje su opazili. Takve studije na životinjama posebno su važne za jačanje jasne veze između živčanog sustava i mikroflore crijeva, čak i ako nisu usmjerene na pronalaženje načina za liječenje ljudi, kaže Kirsten Tillisch. Profesor medicine na Medicinskoj školi David Geffen na Kalifornijskom sveučilištu u Los Angelesu. "Način na koji se događa proces" obrade "emocija, fizičkih senzacija i znanja u ljudskom mozgu toliko je različit od načina na koji se to događa kod životinja da ga je jednostavno vrlo teško primijeniti", kaže ona.
Teoretski, prisustvo određenih tvari koje oslobađa mikroflora moglo bi pomoći u određivanju tko je najosjetljiviji na poremećaje poput posttraumatskog stresnog poremećaja (PTSP). Eksperimenti poput ovih mogli bi čak identificirati načine interakcije mozga i mikrobioma na koje može liječenje utjecati. "Ovi eksperimenti s miševima uvijek nam daju veliku nadu da se približavamo fazi interventnog istraživanja", kaže Emeran Meyer, a pomoću preciznih metoda ove studije često daju nevjerojatne rezultate. Ali procesi koji se odvijaju u mozgu miševa ne odgovaraju baš ljudskom mozgu. Pored toga, kod ljudi i miševa procesi interakcije mozga i crijevne mikroflore se razlikuju, a ta se odstupanja pogoršava činjenicom dada je njihova crijevna mikroflora različita zbog razlike u konzumiranoj hrani.
Kod ljudi, intervencije za promjenu mikroflore crijeva mogu biti najučinkovitije u dojenačkoj dobi i ranom djetinjstvu, kada se mikroflora crijeva još uvijek razvija i započinje početno programiranje u mozgu, kaže Mayer. U svojoj posljednjoj studiji, istraživači su vidjeli određeni vremenski okvir u dojenačkoj dobi, kada je miševima bila potrebna zajednička mikroflora kako bi razvili sposobnost suzbijanja straha u odrasloj dobi. Miševi, koji su prva tri tjedna bili potpuno izolirani od djelovanja mikroba, zatim su stavljeni u uvjete u kojima su bili zajedno s miševima koji su imali uobičajenu crijevnu mikrofloru. "Sterilni" miševi pokupili su mikrobe od drugih miševa, pa su kao rezultat razvili bogatu mikrofloru. Ali kad su odrasli i s njima su izvedeni isti pokusi na "odvikavanju od straha",njihovi su rezultati i dalje niski. U dobi od samo nekoliko tjedana, svi su bili prerano da bi stekli normalnu vještinu učenja kako ugušiti svoj strah.
Ali kad se mikroflora obnovila kod novorođenih miševa, koji su nakon boravka udomiteljima, dobili bogati mikrobiom, miševi su odrasli i ponašali se normalno. Pokazalo se da je u prvih nekoliko tjedana nakon rođenja mikroflora vrlo važna - i to promatranje u potpunosti odgovara univerzalnijem konceptu prema kojem su neuronski krugovi koji upravljaju sposobnošću doživljavanja straha osjetljivi u ranoj dobi, kaže Tillisch.
Sposobnost "oduzimanja od straha", koju su istraživači proučavali, evolucijski je temeljna vještina, rekao je Artis. Znajući što aktivira strah i sposobnost prilagođavanja kad više ne predstavlja prijetnju može biti presudno za opstanak. Neuspjeh straha primjećuje se i kod osoba oboljelih od PTSP-a i povezan je s drugim poremećajima mozga, tako da produbljivanje znanstvenih saznanja o mehanizmima koji utječu na ovu neuronsku mrežu može pomoći u razumijevanju osnovnih ljudskih ponašanja i postaviti osnovu za mogućnosti liječenja.
Na evolucijskoj razini flora ljudske crijeva mijenjala se s rastom gradskog stanovništva, a oštećenja mozga postaju sve izraženija. Brojni mikrobi koji žive u svakome od nas razvili su se s našom vrstom i važno je da razumijemo kako oni utječu na fizičko i mentalno zdravlje, kaže Lowry. Kroz mikrofloru, okolina može utjecati i na naš živčani sustav, što dodatno usložnjava proces proučavanja zdravlja i bolesti mozga.
Elena Renken