Az emésztőrendszerben található mikrobák hatása a központi idegrendszerre
1. A mikrobiómákról általánosságban:
- A szervezet jól behatárolható területén, a tápcsatorna azon belül is a gastrointestinalis szakaszon találkozhatunk az úgynevezett „mikrobióma” közösségekkel. Ez olyan (200-600 millió tagból álló) életközösség, amely főleg baktériumokból, de emellett vírusok és gombák sokaságából áll. Közöttük változatos kölcsönhatásokat tudunk felfedezni, pl. asztalközösség vagy más néven ismert kommenzalizmust, a kölcsönös együttműködésen alapuló szimbiózist és a szervezetre káros hatásait kifejtő patogén mikroorganizmusokat. Egy olyan közösségről beszélhetünk, amelyek megléte a normális fejlődéshez és a szervezet optimális működéséhez elengedhetetlen, habár az élőlények képesek életben maradnia ezen lények nélkül is. A fejlődése születés után kezdődik a külvilág hatásainak megfelelően és központi idegrendszerre is reflektálva alakul ki és a kapcsolata továbbiakban is megmarad a nervus vagus-nak valamint az agy-bél-mikrobióta tengelynek köszönthetően. E tengely biztosítja az agy optimális továbbfejlődését, a génállomány megfelelő kifejeződését. Kapcsolatba áll továbbá a hipothalamus- hypophysis- mellékvese tengellyel, részleteit lásd később. Számos jótékony hatása között szerepel, például a vitaminok szintézise, a táplálékrészecskék lebontása, mint az összetett lipidek és poliszacharidok és az azokból való energiakinyerés, a méregtelenítés, stb. Ezek a szervezetek bekapcsolódnak a szervezetben zajló legváltozatosabb élettani folyamatokba éppen ezért hatásainak palettája nagyon színes és nehezen behatárolható, hiszen ezeket a rendszereket nem lehetséges önállóan és elszigetelten vizsgálni. Az immunrendszerrel való kapcsolata is kiemelten fontos, az immunsejtek 78-80% összefüggésben áll a bélrendszerrel, mert az általuk termelt kemokininek, citokininek mint gyulladást gátló faktorok a kórokozókkal szembeni fellépésre alkalmasak. Ezen felül kapcsolatba hozhatók a fertőzés ideje alatt észlelhető megváltozott viselkedéssel. Nem mehetünk el a mikrobióták életfolyamatai során keletkezett melléktermékek mellett sem, mint az acetátok, butirátok, propionátok amelyek hatásait az idegrendszerre máig kutatják. A szervezetre kifejtett legváltozatosabb hatásairól még mindig folynak kutatások, néhány megemlítésre is kerül, de részletesebben a központi idegrendszerre kifejtett hatásaival foglalkozunk, kiemelten a szignifikáns eredményeket tartalmazó és mindenki számára jól ismert, „hétköznapi problémák” kerülnek ismertetésre.
2. Szervezetre, főleg a központi idegrendszerre gyakorolt hatásai:
Vegyük sorra tehát hogy a megszületést megelőzően egészen a postembrionális szakaszig, hogy hogyan is befolyásolhatja a központi idegrendszert a bélben élő mikrobiómák közössége. A vemhes állatok energiaraktáraik teljes mennyiségét igyekeznek mozgósítani annak révén, hogy az utódok fejlődése számára fenntartsák a növekedési faktorokat, a megfelelő bioaktív vegyületeket előállítsák és az agy megfelelő fejlődését biztosítsák. Ha ezeket a vemhes állatokat valamely tényező miatt megváltozott étrendel táplálnak, akkor a bél mikrobióta közösségnek ezzel való párhuzamos megváltozása hatással lehet a magzat fejlődésére. Kísérletek igazolják, hogy az egerek ilyen életszakaszban történő kezelése a született utódoknál 4 hetes korukban vizsgálva csökkent az aktivitás és a felderítő tevékenység a kontrolcsoporthoz képest és ez a különbség még 4 héttel később a 8 hetes egerekben is detektálható volt.
2.1 Mikrobióma hatások az anya szervezeten keresztül:
Voltak arra is kísérletek, hogy a nőstények mikrobiótáit kicserélték egy olyan életközösséggel, amelyet egy olyan egérből nyertek ki, amit korábban magas zsírtartalmú (HFD) táplálékkal etettek. A magasabb zsírtartalom a bélben alacsonyabb diverzitást eredményezett (különösen a Bacteroidetes valamint Firmicutes aránya volt alacsonyabb). Az utódok születését követően azt találták, hogy ezeket az egereket kevésbé viselte meg az anyától való elszakítás illetve a hímek szignifikáns változást mutattak a felfedező, kognitív viselkedésformákban. Továbbá a későbbi élet során hajlamosabban voltak vastagbél gyulladásra valamint a májban növekedett az LPS szintje. ( Az étrenddel kapcsolatos egyéb kutatásokat lásd később). A probiotikumos kezelést (pontosabban Bacteroides fragilis-t) olyan anyaállat utódán alkalmazva, amely immunhiányos problémákkal küzd, megfigyelhető hogy a bél visszanyerte optimális mikrobióta összetételét, csökkent a bél kóros áteresztőképessége és a szenzomotoros viselkedés is normalizálódott.
Ezen túlmenően egyes kutatók kapcsolatot véltek felfedezni az anyai hüvelyi és a magzati bél mikrobiómák között. Az anyai stressz csökkentheti a női nemi utakban található életközösségek tagjainak számát (beleértve a Lactobacillust is) amelyek aztán a születés alkalmával kapcsolatba kerülve a megváltoztatják az utód bélflóráját.
2.2 Mikrobióma hatások az postembrionális korban
A felnőtt egyedeken gyakran alkalmaznak probiotikumos kezelést, amely számtalan összefüggésre adott magyarázatot, hiszen megváltozik a mikrobióták összetétele. Ha például Bifidobacterium infantis-al kezelünk amely neurokémiai anyagokat állítanak elő (ezek az anyagok a viselkedés befolyásában játszanak szerepet), tapasztalhatjuk a perifériás gyulladáskeltő citokininek csökkenő és a triptofán növekvő koncentrációját. Nem csak probiotikumos de antibiotikumos kezelésen átesett egereket egyaránt vizsgáltak. Megfigyelhető, hogy egy 7 napon át tartó antibiotikum kúrát követően azt aktiváltsági szint jelentősen növekszik, melynek okát azzal magyarázták, hogy nőt az agyból származó neurotrofikus fakorok szintje. Ha ugyanezt a kísérletet olyan állaton végezzük amely vagotomizált akkor a korábban leírt hatás nem tapasztalható, ez bizonyítja, hogy mekkora szerepe van a n. vagusnak a kétirányú kommunikációban az agy és a bél között. Az antibiotikumos kezelést követően egy másik kutatócsoport is meglepő felfedezést tett: csökkent a cianobaktériumok, a proteobaktériumok valamint a Tenericutes phyla szintje és a két nem eltérően reagált a kezelésre. Míg a nőstényeknél 1 kezelés után tapasztalható volt az agresszivitás csökkenése, addig az a hatás hímek esetén majd 2 alkalom után mutatkozott. Ez magyarázat lehet arra, hogy a nőstények érzékenyebbek az antibiotikumokra.
A postnatalis időszakban a kísérletek egy részét olyan egerekkel végezhetők, amelyek úgynevezett csíramentesek (GF), azaz steril körülmények között felnövő, bélflóra nélküli egerek. Korábban már kitértünk arra, hogy a mikrobióták mekkora szerepet vállalnak az agy plaszticitásában és annak normális fejlődésében. Megfigyelték GF egerekben, hogy az úgynevezett PSD-95 valamint synaptofizin mennyisége lényegesen alacsonyabb volt a szervezetben. Ezek olyan fehérjék melyek az idegrendszeri kapcsolatok kialakítását, úgynevezett synaptogenezist segítik, tehát hiányuk vagy csökkent mennyiségük jelentősen lelassítják az optimális fejlődést. Egyes mikrobiótáknak a vér-agy gát (BBB) rugalmasságának fenntartásában is óriási szerepe van. Ha GF egereket vizsgálunk, akkor tapasztalhatóan megnő a BBB permeabilitása amelynek révén az 5-H(szerotonin) vagy prekurzor, a triptofán könnyebben átjut, így az agyban jelentősen felhalmozódó 5-HT befolyásolja a viselkedést, hiszen ismert hogy a szerotonin számos folyamatban részt vesz (érzelmek, szexualitás, testhőmérséklet). A bélben található mikrobiótákat továbbá kapcsolatba hozzák az élelmiszer allergiákkal valamint az elhízással is. Pl. a Clostridium difficile megnövekedett szintje magával okozhatja az ekcéma előfordulási valószínűségét valamint az allergiás tünetek felerősödését.
Továbbá az autizmus azon formáival is korrelációban áll, amelyekhez esetenként valamely gyomor-bélrendszeri tünet is társul, valamint összefüggés lehet pl. az agresszióval. Az eddig kimutatható, hogy azoknál, akik ilyen rendellenességben szenvednek alacsonyabb a bélben a Lactobacillus valamint az Enterocuccus koncentrációja. Ha ez bebizonyosodik, akkor a bélflóra útján történő tüneti kezelések új távlatokat nyithatnak meg az orvostudományban.