Бактерії кишечника можуть формувати думки та поведінку людини

Джерело: BBC

Догляд за безліччю бактерій, грибків та інших мікроорганізмів, що живуть у нашому кишечнику, може допомогти нам мислити краще і навіть запропонувати нові способи лікування психічних розладів.

У кишечнику нараховуються трильйони мікроорганізмів, серед яких тисячі їх різних видів. Багато з цих мікроорганізмів, включаючи бактерії, археї та еукарії, існували задовго до появи людей, еволюціонували разом з нами і зараз у багато разів перевищують кількість наших власних клітин.

У сукупності ці мікроорганізми (мікробіоти) відіграють вагому роль у підтримці нашого фізичного здоров’я, від травлення та метаболізму до імунітету. Вони також виробляють життєво важливі сполуки, які людський організм не в змозі виробити сам.

Та, як з’ясувалось, мікробіоти можуть також впливати на мозок людей.

Протягом останніх кількох десятиліть дослідники почали знаходити цікаві, переконливі – а іноді й суперечливі – докази того, що кишкова мікробіота не просто допомагає підтримувати наш мозок у працездатному стані, допомагаючи вивільняти для нього поживні речовини з їжі, але також може допомогти сформувати наші думки та поведінку. Їхні висновки можуть навіть підсилити наше розуміння та привести до нових методів лікування низки психічних захворювань, від депресії та тривоги до шизофренії.

Картина все ще дуже далека від завершення, але після пандемії Covid-19, яка згубно вплинула на психічне здоров’я людей у багатьох частинах світу, розгадати цей факт може бути важливішим, ніж будь-коли.

Одна з ключових історій про походження цієї дослідницької галузі відбулася в дикій природі Північної Америки. Був 1822 рік, і молодий торговець на ім’я Алексіс Сент-Мартін тинявся біля торгової станції на острові Макінак, штат Мічиган, коли поруч з ним випадково вистрілив мушкет, вистріливши у нього з відстані 91 см.

Його поранення були настільки сильними, що частина його легенів, частина шлунка і значна частина його сніданку того дня вилилися через рану в його лівому боці. Смерть здавалася певною, але військовий хірург, на ім’я Вільям Бомонт приїхав на допомогу та врятував життя Сент-Мартіна, хоча на це знадобилася більша частина року та кілька раундів операції.

Однак те, що Бомонт не зміг виправити, так це діру в животі його пацієнта. Зрозумівши, що отвір відкриває унікальне вікно в людський кишечник, він витратив роки на дослідження тонкощів травлення Сент-Мартіна.

Серед відкриттів, які Бомонт виявив під час своїх досліджень нутрощів Мартіна, було те, як на них впливали емоції власника, такі як гнів.

Завдяки цьому відкриттю Бомонт, якого згодом прославлять як “батька фізіології шлунка”, прийшов до думки про “вісь кишківник-мозок” — що кишечник і мозок не зовсім незалежні один від одного, а взаємодіють, причому один впливає на інший і навпаки.

“Все більше і більше досліджень показують, що мікробіом кишечника може впливати на мозок і поведінку різних тварин”, — зауважида Елейн Сяо, доцентка кафедри інтегративної біології та фізіології Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі (UCLA).

Як саме наша мікробіота може впливати на наш розум, це все ще відносно нова сфера. Але за останні 20 років є прогрес, особливо у тварин. І повільно з’ясовуються аргументи, які свідчать про те, що ці мікроорганізми є не тільки життєво важливою частиною нашого фізичного “я”, але й нашого психічного та емоційного “я”.

“У медицині ми, як правило, розділяємо тіло на компартменти, Отже, коли ми говоримо про проблеми з мозком, ми схильні думати про голову. Але нам потрібно розглядати речі еволюційно. Важливо пам’ятати, що мікроби були тут ще до появи людини, тому ми еволюціонували разом із цими “друзями”. Ніколи не було такого, щоб мозок існував без сигналів, що надходять від мікробів. Що, якщо ці сигнали дійсно важливі для визначення того, як ми почуваємося, як ми поводимося та як діємо? І чи можемо ми модулювати ці мікроби терапевтично, щоб покращити мислення, поведінку та здоров’я мозку?”, – зауважив Джон Краян.

Сяо є однією з дослідниць, які ведуть шлях у цій галузі, і її лабораторія в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі дослідила роль цих мікроорганізмів у всьому, від розвитку мозку плода до когнітивних функцій і неврологічних захворювань, таких як епілепсія та депресія. Вона також дослідила, як ці мікроби можуть впливати на наш мозок і мислення.

“Конкретні кишкові мікроби можуть модулювати імунну систему таким чином, що впливають на мозок, а також виробляють молекули, які передають сигнали безпосередньо нейронам, щоб регулювати їхню діяльність. Ми виявили, що кишкові мікроби можуть регулювати ранній розвиток нейронів таким чином, що призводить до тривалого впливу на мозкові ланцюги та поведінку. Ми також виявили, що в короткі терміни кишкові мікроби можуть регулювати виробництво біохімічних речовин, таких як серотонін, які активно стимулюють нейрони”, — зауважила вона.

Дійсно, дослідження показують, що наші мікроби можуть спілкуватися з нашим мозком численними шляхами, від імунітету до біохімічних речовин. Іншим кандидатом є блукаючий нерв, який діє як надшвидке інтернет-з’єднання між нашим мозком і внутрішніми органами, включаючи кишечник.

Бактерія Lactobacillus rhamnosus JB1, наприклад, покращує настрій тривожних і депресивних мишей. Однак цей сприятливий ефект зникає, коли сигнали, що проходять уздовж блукаючого нерва, блокуються, що свідчить про те, що бактерії можуть використовувати його як шлях зв’язку.

Значна частина досліджень у цій галузі проводиться на мишах (та інших дрібних тваринах). І миші, звичайно, не люди. Але враховуючи приголомшливу складність встановлення причинно-наслідкового зв’язку між мікробними сигналами та змінами в мисленні та поведінці людини, дослідження на тваринах надали деякі ідеї щодо дивних взаємодій між бактеріями та мозком.

Дослідження, наприклад, показує, що “вільні від бактерій” щура та миші (ті, що не мають жодної мікробіоти після вирощування в стерильних умовах) більш схильні до тривоги та менш товариські, ніж ті, у яких мікробіота не порушена.

Виявилося, що вільні від мікробів щурі та миші, які отримували антибіотики, є більш гіперактивними, схильними до ризикованої поведінки та менш здатними до навчання чи запам’ятовування. Антибіотики, які можуть зменшити мікробіоту у тварини, також зменшують поведінку рибок даніо, тоді як пробіотики її підсилюють.

Знову ж таки, людський мозок значно складніший, ніж мозок гризуна чи риби, але вони мають певну схожість і можуть запропонувати підказки. Цілком зрозуміло, що бактерії, де б вони не жили, могли б отримати користь від того, щоб допомогти своїм господарям бути більш товариськими та менш тривожними. Наприклад, взаємодіючи з іншими людьми, ми сприяємо поширенню бактерій. І незалежно від того, чи дійсно вони тягнуть за нас за ниточки, в еволюційних інтересах наших мікробів – зробити своє середовище максимально сприятливим для виживання.

Але чи справді комунікативні мікроби, рибки даніо чи доброзичливі миші мають значення? Сподіваюся, так, кажуть дослідники. Зрештою, краще розуміння цих процесів може привести нас до новаторських нових методів лікування низки психічних розладів.

Колись психобіотики можуть почати використовувати для вирощування популяцій “хороших” бактерій і лікування різноманітних психічних захворювань.

Звичайно, є застереження. У той час як деякі штами бактерій, здається, позитивно впливають на людський розум, багато інших ні, і дослідникам ще потрібно остаточно встановити, чому – і як. Люди також надзвичайно складні, і коли мова заходить про мислення та психічне здоров’я, існує незліченна кількість інших факторів, від генетики та особистості до навколишнього середовища.

Однак якщо не відкидати застереження, додаткові дослідження можуть дати нову надію.

“Хороша новина полягає в тому, що ви можете змінити свою мікробіоту, хоча ви не можете багато чого зробити, щоб змінити свою генетику – хіба що звинувачувати своїх батьків, бабусь і дідусів. Той факт, що ви можете змінити свою мікробіоту, потенційно дає вам свободу волі щодо результатів вашого здоров’я”, – сказав Краян.

Дійсно, про- та пребіотичні добавки, прості зміни в дієті, такі як вживання більшої кількості ферментованої їжі та клітковини – і навіть, можливо, медитація – можуть допомогти змінити нашу мікробіоту таким чином, що це принесе користь нашому розуму.

Філіп Бернет, ад’юнкт-професор кафедри психіатрії Оксфордського університету, зазначає, що багато психічних розладів пов’язані зі змінами мікробіоти. Часто цей дисбаланс або “дисбактеріоз” характеризується зменшенням кількості певних бактерій, особливо тих, що виробляють коротколанцюгові жирні кислоти (наприклад, бутират, який, як вважається, покращує роботу мозку), коли вони розщеплюють клітковину в кишечнику.

Дослідження 2019 року, проведене Мірейєю Валлес-Коломер, мікробіологинею з Льовенського університету KU Leuven у Бельгії на той час, та її колегами виявило кореляцію між кількістю цих бактерій, що виробляють бутират, і самопочуттям.

Зокрема, дослідники відзначили в дослідженні, що: “Бактерії Faecalibacterium і Coprococcus, що виробляють бутират, постійно асоціювалися з вищими показниками якості життя. Разом з Dialister, Coprococcus spp. також були виснажені при депресії, навіть після поправки на змішані ефекти антидепресантів”.

Досліджень зв’язку між кишечником, мозком і мікробіотою на людях все ще відносно мало. І Бернет закликає бути обережними.

“Невідомо, чи ці змінені рівні кишкових бактерій викликають поганий настрій, чи кількість мікробів змінюється через те, що люди в депресії можуть змінити свої харчові звички або їсти менше”, – сказала вона.

Однак вона досліджувала, як пребіотики (які стимулюють ріст бактерій) і пробіотики (живі бактерії) одного дня можуть бути використані як психобіотики для вирощування популяцій “хороших” бактерій і лікування різноманітних психічних розладів.

Дослідження 2019 року, проведене Бернетом, Рітою Байао, психологинею з Оксфордського університету, та їхніми колегами виявило деякі особливо цікаві висновки. Хоча дослідження фінансувалося компанією, яка виробляє пробіотичні бактерії, воно використовувало рандомізоване, подвійне сліпе, плацебо-контрольоване дослідження, яке вважається золотим стандартом дизайну дослідження, під час якого ні учасники, ні дослідники не знають, чи отримують вони лікування чи ні.

Фахівці досліджували вплив багатовидового пробіотика на емоційну обробку та пізнання у людей з легкою та помірною депресією. Але дослідники також відстежували їхній настрій до та після експерименту за допомогою опитувальника здоров’я пацієнтів-9 (PHQ-9), який вимірює тяжкість депресії.

Учасники, які не приймали жодних інших ліків, протягом чотирьох тижнів отримували плацебо або комерційно доступний пробіотик, який містив 14 видів бактерій, включаючи Bacillus subtilis, Bifidobacterium bifidum, Bifidobacterium breve та Bifidobacterium infantis.

Результати були вражаючими, не в останню чергу те, що учасники, які приймали пробіотики, відчули значне суб’єктивне покращення настрою порівняно з групою, яка отримувала плацебо, по суті, зменшивши депресію згідно з PHQ-9. Змін у рівнях тривожності учасників, які також вимірювалися, не спостерігалося.

Це було невелике дослідження (71 учасник), для підтвердження причинно-наслідкового зв’язку потрібні короткі дослідження та додаткові дослідження. Але це рання ознака того, що “психобіотики” одного разу можуть стати корисним лікуванням для тих, хто страждає на депресію, особливо тих, хто не бажає звертатися за медичною допомогою або приймати традиційні антидепресанти.

Разом з Емі Чіа-Чінг Као та іншими Бернет також досліджувала роль цих мікроорганізмів у розвитку психозу та те, чи можуть пребіотики (які сприяють росту бактерій у кишечнику) допомогти людям із цим захворюванням мислити чіткіше.

Багато людей знають, що психоз може викликати галюцинації, марення і відрив від реальності. Але люди з психозом також часто стикаються з труднощами з когнітивними функціями, такими як увага, пам’ять і здатність розв’язувати проблеми, що може вплинути на їхню здатність утримувати роботу та стосунки. Хоча ліки можна використовувати для лікування галюцинацій і марення, покращити когнітивні порушення у хворих виявилося складніше.

Проте подвійне сліпе плацебо – контрольоване перехресне дослідження Бернета та Чіа-Чінг Као – пропонує можливий шлях вперед.

“Ми виявили, що призначення пребіотиків людям із психозом дійсно покращило когнітивні функції відповідно до клінічних шкал”, — зауважила Бернет.

На початку дослідження учасники приймали ліки і не мали психотичних симптомів, але все ще відчували когнітивні порушення, типові для психозу. Протягом 12 тижнів їм давали пребіотик або плацебо, в той час як їхній метаболізм, імунітет і рівень когнітивних порушень вимірювали з часом. Після закінчення 12 тижнів їх поміняли, тож обидві групи отримували однакову кількість часу на пребіотиках і плацебо.

Ефект був невеликий, але значний. Пребіотик покращив загальну когнітивну функцію, зокрема увагу та здатність розв’язувати проблеми, що призвело дослідників до висновку, що покращення було достатнім для підвищення соціального та психічного благополуччя.

Не було жодних доказів зміни імунітету чи метаболізму учасників, тому було незрозуміло, як пребіотик міг викликати цей ефект. Але це ще один маленький крок до розуміння зв’язку між нашою мікробіотою та нашим психічним здоров’ям, а також потенційної розробки нових методів лікування розладів, які впливають на наше мислення.

Є натяки на те, що кишкова мікробіота також може впливати на когнітивні навички ширше. Загальновідомо, що антибіотики порушують кишкову мікробіоту, але чи впливають вони на наше пізнання? Одне нещодавнє дослідження, під час якого спостерігали за станом здоров’я та самопочуттям 14 542 жінок-медсестер протягом кількох років, поки вони працювали в NHS у Великій Британії, виявило, що ті, хто вживав антибіотики протягом тривалого періоду часу (більше двох місяців), отримали нижчі результати на когнітивних тестах, таких як навчання, робоча пам’ять і завдання уваги, ніж у тих, хто не приймав такі ліки.

Важливо, що когнітивні функції жінок, які приймали антибіотики, були дещо гіршими, коли їх спостерігали через сім років. Хоча це лише кореляція, дослідники вважають, що це може бути спричинено змінами в кишечнику, викликаними антибіотиками.

Проте ще чимало часу знадобиться, аби дослідти все правильно. Проте результати можуть бути значними для світу.

Тим часом, мабуть, усім нам слід приділяти трохи більше уваги нашій мікробіоті. Середземноморська дієта з високим вмістом клітковини, особливо з овочів, імовірно, буде хорошим початком. І ферментовані продукти, такі як кімчі та кефір (кисломолочний напій), також можуть бути корисними.

У невеликому дослідженні за участю 45 учасників, наприклад, Краян і його колеги показали, що ті, хто дотримувався дієти, яка включала багато клітковини, пребіотиків і ферментованих продуктів (таких як цибуля, йогурт, кефір і квашена капуста), повідомили, що відчувають менший стрес ніж контрольна група, яка дотримувалася іншої дієти.

• Результати дослідження, проведеного американськими вченими, засвідчили, що людиноподібні мавпи можуть впізнавати своїх друзів, яких не бачили десятиліттями.
• Вчені з Единбурзького університету заявили, що результати аналізу 3D-зображень сосочків на язиках людей, проведеного штучним інтелектом, показав, що кожен має унікальний “відбиток язика”.