Bakteriene som former hjernen din

Gjestepost av Daniel Hass

"Fortell meg hva du spiser, og jeg vil fortelle deg hva du er."

Denne frasen, myntet av Jean Anthelme Brillat-Savarin i Smakens fysiologi, var over et århundre foran sin tid.

Den vanlige aforismen er sann på flere måter enn en. På en måte betyr det at maten du spiser blir en del av din person, og dette har lenge vært kjent - aminosyrer fra fordøyede proteiner er innlemmet i våre egne proteiner, og de energiske kildene fra våre kosthold (som sukker eller fettsyrer) blir lagt til våre egne energilagre.

På en annen måte kan sitatet bety at maten du spiser påvirker hvem eller hva slags person du er. Denne tolkningen er også sant - stoffene du forbruker kan endre hjernekjemi, og dermed atferd.

Mikroorganismer i kostholdet ditt har en fascinerende rute som de kan endre hjernen gjennom vår mikrobiom - økosystemet til bakterier, archaea, protozoer, sopp og virus som lever av og interagerer med våre kropper. Hver voksen har omtrent 1 kg av disse mikrober, som er svært forskjellige, og inneholder omtrent 100 ganger så mange

gener som menneskets genom.

Mangfoldet og sammensetningen av disse mikrober i tarmen er sterkt påvirket av kostholdet. Mus som fôres med et plantebasert lite fettdiett har for eksempel en mikrobiell profil som endres fullstendig av eksponering til en diett med høyt sukker, fetthalt ("vestlig"), noe som øker andelen av flere klasser av bakterier, gjelder også Erysipelotrichi og Baccili.

Hvordan metabolisme påvirker hjernen

Mikrober deltar i metabolismen, delvis ved å produsere gallesyrer for å hjelpe fordøyelsen av mat og ved å syntetisere kolin og kortkjedede fettsyrer (SCFA). Mangler ved kolin eller SCFA kan forårsake fet leversykdom eller til og med skrumplever. I tillegg er butyrat avledet fra mikrobiomet nødvendig for å regulere energibruk i tykktarmen.

Mange av metabolittene produsert av mikrober er også aktive i nervesystemet, og bakterien Bifidobacteria infantis kan til og med fungere som en antidepressiva gjennom sin regulering av kynurenin / tryptofan metabolisme, lignende handlingene til noen antidepressiva medisiner som selektive serotonin gjenopptakshemmere (SSRI), som søker å øke konsentrasjon av synaptisk serotonin.

Tarmmikrober påvirker også immunforsvaret. SCFAs produsert av tarmmikrober som er nødvendige for en sunn lever, regulerer også aktiviteten til forskjellige immunceller, inkludert makrofager og T-celler.

Disse cellene regulerer betennelse, og molekylene de utskiller kommuniserer direkte med celler i hjernen. For eksempel er det godt karakterisert at bruk av cytokiner (molekyler som ofte utskilles av immunceller) for å behandle kreft eller hepatitt C kan føre til atferdsendringer som f.eks. depresjon.

Direkte påvirkning på hjernen

Mikrobiomet kan også ha en mer direkte innflytelse på hjernekjemi ved å endre nevrotransmisjon i det enteriske (tarmen) nervesystemet. Fordi det enteriske nervesystemet kommuniserer med sentralnervesystemet, kan aktivitetene til mikrober faktisk regulere nivåene av nevrotransmitterne GABA, noradrenalin, serotonin og dopamin i tarmen. Gjennom forbindelsene mellom tarmen og hjernen kan disse mikrober endre humør, følelsesmessig tilstand og angst.

Kartlegge atferd relatert til mikrobiomet

I hvilken grad atferd påvirkes av mikrobiomet er vanskelig å kartlegge, gitt mangfoldet av mikrober som kan endre menneskers helse. Dette innebærer at mikrobiomet kan ha like forskjellige og vidtrekkende konsekvenser for menneskers helse som et organ. Noen refererer til og med til mikrobiomet som et "ervervet" organ.

Imidlertid er full funksjonalitet til dette orgelet uklart. For å belyse mikrobernes rolle i forskjellig atferd og sykdommer, studerer forskere mus som mangler et funksjonelt mikrobiom. Disse musene, kalt "kimfrie" eller GF, kan lett skilles fra normale mus på grunnlag av hvordan de oppfører seg.

GF-mus viser ofte egenskaper knyttet til autisme. For eksempel foretrekker ikke GF-mus å samhandle med nye mus fremfor andre nye objekter. Andre studier har funnet GF-mus å ha en overdrevet understreke svar, viser symptomer som indikerer engstelig og depressiv atferd.

Mikrober som finnes hos mennesker med autisme eller depresjon, avviker også fra de uten. Mikrobiomdata tyder på at pasienter har større bakterier fra phylen ved alvorlig depressiv lidelse bacteroidetes og Proteobacteria, og færre bakterier fra filylen firmicutes. Mikrobiomedata på autismespekterforstyrrelse pasienter antyder andre forstyrrelser i det mikrobielle samfunnet, inkludert høyere nivåer av Clostridia, Desulfovibrio, Sutterella, og Bacteroides, og lavere nivåer av Firmicutes, Prevotella, og Bifidobacter sammenlignet med kontrollpersoner, noe som antyder at utviklingsmessige eller psykiatrisk lidelser kan enten forårsake eller være forårsaket av en forstyrrelse i sammensetningen av mikrober.

På lang sikt kan endring av nivåene til spesifikke mikrober vurderes i pasientens behandlingsplan. Dessverre er vi fremdeles langt borte fra å være i stand til å trygge slike manipulasjoner.

Metodene for å endre mikrobiell sammensetning, for eksempel kostholdsendringer og fekal transplantasjon, er minimalt invasive og kan tilby en enkel tilnærming som folk kan forbedre deres helse. Så ikke undervurder viktigheten av å "tenke med magen."

referanser

Russell, W. R., Hoyles, L., Flint, H. J. & Dumas, M. E. Koloniske bakterielle metabolitter og menneskers helse. Curr Opin Microbiol 16, 246-254, doi: 10.1016 / j.mib.2013.07.002 (2013).

Donohoe, D. R. et al. Mikrobiomet og butyratet regulerer energimetabolisme og autofagi i pattedyr kolon. Cell Metab 13, 517-526, doi: 10.1016 / j.cmet.2011.02.018 (2011).

Desbonnet, L., Garrett, L., Clarke, G., Bienenstock, J. & Dinan, T. G. Den probiotiske Bifidobacteria infantis: En vurdering av potensielle antidepressiva egenskaper hos rotta. J Psychiatr Res 43, 164-174, doi: 10.1016 / j.jpsychires.2008.03.009 (2008).

Sun, M., Wu, W., Liu, Z. & Cong, Y. Mikrobiota metabolitt kortkjedede fettsyrer, GPCR og inflammatoriske tarmsykdommer. J Gastroenterol, doi: 10.1007 / s00535-016-1242-9 (2016).

Dantzer, R., O’Connor, J. C., Freund, G. G., Johnson, R. W. & Kelley, K. W. Fra betennelse til sykdom og depresjon: når immunforsvaret underkaster hjernen. Nat Rev Neurosci 9, 46-56, doi: 10.1038 / nrn2297 (2008).

Bravo, J. EN. et al. Svelging av Lactobacillus-stamme regulerer emosjonell atferd og sentral GABA-reseptoruttrykk i en mus via vagusnerven. Proc Natl Acad Sci U S A108, 16050-16055, doi: 10.1073 / pnas.1102999108 (2011).

Dinan, T. G., Stilling, R. M., Stanton, C. & Cryan, J. F. Collective bevisstløs: hvordan tarmmikrober former menneskelig atferd. J Psychiatr Res 63, 1-9, doi: 10.1016 / j.jpsychires.2015.02.021 (2015).

Cryan, J. F. & Dinan, T. G. Sinneskiftende mikroorganismer: innvirkning av tarmmikrobiota på hjerne og atferd. Nat Rev Neurosci 13, 701-712, doi: 10.1038 / nrn3346 (2012).

Desbonnet, L., Clarke, G., Shanahan, F., Dinan, T. G. & Cryan, J. F. Mikrobiota er viktig for sosial utvikling hos musen. Mol Psychiatry 19, 146-148, doi: 10.1038 / mp.2013.65 (2014).

De Palma, G. et al. Mikrobiota og vertsdeterminanter for atferdsfenotyp i maternalt separerte mus. Nat Commun 6, 7735, doi: 10.1038 / ncomms8735 (2015).

Liu, W. H. et al. Endring av atferd og monoaminnivåer som kan tilskrives Lactobacillus plantarum PS128 hos kimfrie mus. Behav Brain Res 298, 202-209, doi: 10.1016 / j.bbr.2015.10.046 (2016).

Jiang, H. et al. Endret fekal mikrobiotasammensetning hos pasienter med alvorlig depressiv lidelse. Brain Behav Immun 48, 186-194, doi: 10.1016 / j.bbi.2015.03.016 (2015).