S-ar putea părea că creierele noastre sunt depărtate fizic de intestinul nostru, dar în ultimii ani, cercetările au oferit dovezi puternice care să sugereze că comunitățile uriașe de microbi concentrați în tractul nostru digestiv oferă o legătură între creier și intestin. Microbiomul intestinal afectează funcția și emoțiile cognitive, afectează starea de spirit și problemele de sănătate mintală și chiar modul în care sunt procesate informațiile. Dar a fost dificil să înțelegem cum face acest lucru microflora.
Până de curând, studiile conexiunii dintre intestin și creier au demonstrat în principal doar o corelație între starea microflorei intestinale și procesele care au loc în creier. Dar noi descoperiri ajută la crearea unei imagini mai detaliate bazată pe cercetări care demonstrează implicarea microbiomului în răspunsurile la stres. Concentrându-se pe răspunsuri precum sentimentele de frică și, în special, asupra modului în care frica dispare în timp, cercetătorii au examinat acum cum diferă comportamentul șoarecilor cu microflora redusă. Au identificat diferențele dintre rețelele neuronale, activitatea creierului și expresia genelor și au descoperit, de asemenea, prezența unei ferestre de timp scurt după nașterea unui individ, când s-a restabilit microflora, adică colonizarea bacteriană,încă în măsură să prevină apariția tulburărilor de comportament la adulți. Au identificat chiar patru substanțe specifice care pot contribui la aceste schimbări. Poate fi prea devreme pentru a prezice ce terapii ar putea fi oferite odată ce înțelegem această legătură între microflora intestinală și creier, dar aceste diferențe specifice susțin ipoteza unei relații profunde între cele două sisteme.
Determinarea acestor mecanisme de interacțiune cu creierul este o provocare majoră în cercetarea microbiomilor, potrivit lui Christopher Lowry, profesor asistent la Departamentul de Fiziologie Integrativă de la Universitatea din Colorado din Boulder. „Oamenii de știință au câteva idei interesante”, a spus el.
Coco Chu, autorul principal al noului studiu și cercetător la Weill Cornell Medicine College, a devenit interesat de conceptul potrivit căruia microorganismele care trăiesc în corpul nostru pot influența sentimentele și acțiunile noastre. Cu câțiva ani în urmă, ea a decis să studieze în detaliu aceste interacțiuni în colaborare cu psihiatri, microbiologi, imunologi și oameni de știință din alte domenii.
Cercetătorii au efectuat un exercițiu clasic pentru a dezvolta abilități comportamentale cu șoareci, dintre care unele li s-au administrat antibiotice pentru a reduce dramatic cantitatea de microflore din corpul lor, iar unele dintre ele au fost crescute izolat, astfel încât să nu aibă microflora deloc. Toți șoarecii au învățat la fel de bine să se teamă de sunet, urmate de șocuri electrice. Când oamenii de știință au încetat să mai utilizeze șocuri electrice pe șoareci, șoarecii obișnuiți au învățat treptat să nu se teamă de sunet. Dar la șoarecii „sterili”, în care cantitatea de microflore a fost redusă sau nu a existat deloc microflora, frica nu a dispărut - la sunetul unui semnal, ei, de regulă, au căzut mai des într-o stupoare decât șoarecii obișnuiți.
Privind în interiorul cortexului prefrontal medial, regiunea cortexului cerebral care procesează răspunsurile la frică, cercetătorii au observat diferențe distincte la șoarecii microflorei reduse: unele activități ale genelor au fost mai mici. Celulele gliale din aceeași specie nu au fost dezvoltate. Așa-numitele spine dendritice - proeminențe pe neuroni asociați cu procesul de procesare și învățare a informațiilor, au apărut mai rar și au dispărut mai des. Un nivel mai mic de activitate neuronală a fost observat în celulele unei specii. Impresia este că șoarecii fără microbiomi sănătoși nu pot uita de frică și să învețe să nu-i fie frică. Iar cercetătorii au putut să o vadă la nivel celular.
Cercetătorii și-au propus, de asemenea, să afle cum starea microflorei intestinale a provocat aceste modificări. O posibilă opțiune a fost ca microbii să trimită semnale către creier prin nervul vag lung, care transmite semnale senzoriale de la tractul digestiv la tulpina creierului. Dar după tăierea nervului vag, comportamentul șoarecilor nu s-a schimbat. În plus, părea posibil ca flora intestinală să declanșeze răspunsuri imune care afectează creierul. Numărul și procentul de celule imune la toți șoarecii au fost aceiași.
Cu toate acestea, cercetătorii au descoperit patru tipuri de substanțe secretate de microorganisme intestinale care afectează conexiunile neuronale, care erau mult mai puțin în ser, lichid cefalorahidian și scaun de șoareci cu microflora insuficientă. Unele dintre aceste substanțe au fost deja legate de tulburări neurologice la om. Potrivit microbiologului David Artis, director al Institutului de cercetare a bolilor inflamatorii intestinale la Colegiul de Medicină Weill Cornell și autor principal al studiului, oamenii de știință care lucrează sub direcția sa au sugerat că microflora poate excreta anumite substanțe în cantități mari, iar unele molecule pătrund în creier.
Video promotional:
Interesul crește în numeroase laboratoare pentru identificarea substanțelor specifice secretate de bacterii care sunt implicate în transmiterea semnalelor din sistemul nervos, spune Melanie Gareau, profesor asistent la catedra de anatomie, fiziologie și citologie de la Universitatea din California, Davis. Numeroși metaboliți sunt probabil implicați în astfel de procese și sunt implicate căi metabolice.
Emeran Mayer, profesor de medicină la Universitatea din California Los Angeles și director al Centrului Oppenheimer pentru Neurobiologia Stresului și Rezistenței la Stres, observă că rezultatele cercetărilor asupra altor tulburări, precum depresia, indică și o legătură cu anumite substanțe eliberate de microbi. Dar încă nu există un consens asupra căruia dintre ei contribuie la apariția oricărei încălcări. Deși multe persoane cu tulburări ale creierului au schimbat clar microflora intestinală, este adesea neclar dacă schimbarea este o cauză sau o consecință a bolii, spune el. Modificările stării microflorei pot duce la probleme neurologice, dar bolile pot provoca, de asemenea, modificări ale stării microbiomului.
În acest domeniu, există dezacorduri nu numai despre consecințele tulburărilor microflorei, ci și despre microflora sănătoasă. „Ne-am concentrat mult timp pe faptul că am putea identifica anumite tipuri de bacterii care prezintă fie riscul de tulburări și boli legate de stres, fie oferă rezistență la acestea, și este posibil să nu fie necesar să fie un anumit microb.”Spune Lowry. Chiar și la persoanele sănătoase, microflora este foarte diferită. Este posibil ca anumite microbi să nu conteze dacă microflora este suficient de diversă - la fel ca în cazul multor tipuri diferite de păduri sănătoase, este posibil să nu fie nevoie de un anumit tip de copac.
Cu toate acestea, studiul efectelor microflorei asupra sistemului nervos este un domeniu nou al științei, existând incertitudini chiar și despre ce este acest efect. Concluziile obținute din rezultatele experimentelor anterioare despre modificarea microflorei contribuie la faptul că animalele uită de abilitatea învățată și încetează să simtă teamă, fie erau nefondate, fie contradictorii. În ceea ce privește concluziile la care au ajuns Coco Chu și colegii săi, acestea au o importanță deosebită, deoarece oamenii de știință pot oferi dovezi pentru existența unui mecanism specific care provoacă comportamentul observat. Astfel de studii efectuate pe animale sunt deosebit de importante pentru consolidarea legăturii clare între sistemul nervos și microflora intestinală, chiar dacă nu au ca scop găsirea unor modalități de a trata oamenii, spune Kirsten Tillisch. Profesor de medicină la Școala de Medicină David Geffen de la Universitatea din California, Los Angeles. „Modul în care procesul de„ procesare”a emoțiilor, senzațiilor fizice și cunoștințelor are loc în creierul uman este atât de diferit de cum se întâmplă la animale, încât este pur și simplu foarte dificil de aplicat”, spune ea.
În teorie, prezența anumitor substanțe eliberate de microflora ar putea ajuta la determinarea cine este cel mai vulnerabil la tulburări precum tulburarea de stres posttraumatică (PTSD). Experimente ca acestea ar putea chiar identifica căile de interacțiune dintre creier și microbiom, care pot fi influențate de tratament. „Aceste experimente cu șoareci ne oferă întotdeauna o mare speranță că ne apropiem de stadiul cercetării intervenționale”, spune Emeran Meyer, iar prin utilizarea unor metode precise, aceste studii produc deseori rezultate uimitoare. Dar procesele care au loc în creierul șoarecilor nu corespund în totalitate activității creierului uman. În plus, la om și șoareci, procesele de interacțiune între creier și microflora intestinală diferă, iar această discrepanță este agravată de faptul căcă microflora lor intestinală este diferită datorită diferenței de alimente consumate.
La oameni, intervențiile de modificare a microflorei intestinale pot fi cele mai eficiente în perioada fragedății și a copilăriei timpurii, când microflora intestinală se dezvoltă și programarea inițială are loc în creier, spune Mayer. În ultimul lor studiu, cercetătorii au văzut un interval de timp special în fragedă pruncie, când șoarecii aveau nevoie de o microflore comună pentru a dezvolta capacitatea de a reprima frica la vârsta adultă. Șoarecii, care pentru primele trei săptămâni au fost complet izolați de efectele microbilor, au fost apoi plasați în condiții în care erau împreună cu șoarecii care aveau microflora intestinală obișnuită. Șoarecii „sterili” au cules microbi de la alți șoareci și, în consecință, au dezvoltat o bogată microfloră. Dar când au crescut, și cu ei au fost efectuate aceleași experimente pe „înțărcarea de frică”,rezultatele lor erau încă scăzute. La vârsta de doar câteva săptămâni, erau cu toții prea devreme pentru a dobândi abilitatea normală de a învăța cum să-și reprime frica.
Dar, când microflora a fost restaurată la șoarecii nou-născuți, care au primit un microbiom bogat după ce i-au plasat cu părinți adoptivi, șoarecii au crescut și s-au comportat normal. S-a dovedit că în primele săptămâni după naștere, microflora este foarte importantă - iar această observație corespunde pe deplin conceptului mai universal potrivit căruia circuitele neuronale care guvernează capacitatea de a experimenta frica sunt sensibile la o vârstă fragedă, spune Tillisch.
Abilitatea de a „se înțărca de frică”, pe care cercetătorii au studiat-o, este evolutiv o abilitate fundamentală, a spus Artis. Știind ce declanșează frica și capacitatea de adaptare atunci când nu mai este o amenințare poate fi esențial pentru supraviețuire. Eșecul de a suprima frica se observă și la persoanele cu PTSD și este asociat cu alte tulburări ale creierului, astfel că aprofundarea cunoștințelor științifice despre mecanismele care afectează această rețea neurală poate ajuta la înțelegerea comportamentelor umane de bază și poate pune în scenă opțiunile de tratament.
La scară evolutivă, flora intestinului uman s-a schimbat odată cu creșterea populației urbane, iar afectarea creierului devine tot mai proeminentă. Numeroșii microbi care trăiesc în fiecare dintre noi au evoluat cu specia noastră și este important să înțelegem cum afectează sănătatea fizică și psihică, spune Lowry. Prin microflora, mediul poate influența și sistemul nostru nervos, ceea ce complică și mai mult procesul studierii sănătății și a bolilor creierului.
Elena Renken
