Kiekvieno gyvūno, taip pat ir žmogaus, organizme knibžda milijonai pačių įvairiausių bakterijų, sudarančių itin spalvingą ir kone gyvybiškai reikalingą mikrobiotą. Mokslininkai tik palyginti neseniai išsiaiškino, kad šie mikroorganizmai ne tik padeda mums skaidyti maistą, bet ir turi įtakos smegenų veiklai, ypač elgesiui. Pasirodo, žarnyno bakterijos yra itin svarbios emocinei būklei ir tam, kaip reaguojame į stresą. Negana to, jos gali būti atsakingos už kai kuriuos susirgimus, pavyzdžiui, depresiją, Alzheimerio ar Parkinsono ligą.
Vilniaus universiteto Gyvybės mokslų centro (VU GMC) neuromokslininkas dr. Aurelijus Burokas portalui LRT.lt papasakojo, kaip užsimezga ryšys tarp smegenų ir mikrobiotos, kokią įtaką tai turi mūsų savijautai ir ką daryti, kad pilve gyvenančios bakterijos būtų patenkintos. Pasirodo, mokslininkai šiuo metu turi daugiau klausimų nei atsakymų, tačiau šis smegenų ir bakterijų ryšys gali labai padėti gydant įvairias ligas.
– Smegenys ir žarnynas atrodo nesusiję, tačiau pasirodo, kad pilve esančios bakterijos turi įtakos smegenų veiklai. Galbūt galite paaiškinti, koks yra ryšys ir kaip jis veikia?
– Reikėtų pradėti nuo priešistorės. Anksčiau mokslininkai, psichiatrai buvo susikoncentravę į smegenis ir ilgą laiką kreipė dėmesį tik į neuronų veiklą. Pasirodžius pirmiems tyrimams, teigiantiems, kad mikrobiota gali turėti įtakos smegenų veiklai, buvo žiūrima labai skeptiškai, iš pradžių didelio dėmesio tai nesulaukė. Turbūt geriausias ir akivaizdžiausias būdas parodyti, ar turi įtakos, – tą sistemą pašalinti ir pažiūrėti, kas bus. Daugelio genų veikla buvo nustatyta pažiūrėjus, kas nutinka organizmui pašalinus vieną ar kitą geną.
Lygiai taip pat buvo sugalvota elgtis su mikrobiota. Pirmuosius tyrimus atliko japonai, bet jie nesulaukė labai daug dėmesio. Gyvūnai, neturintys mikrobiotos, užaugę steriliomis sąlygomis, kai maistas, gėrimai ir visa aplinka yra be bakterijų, patiria elgesio, smegenų, morfologinių pakitimų tiek ląstelių, tiek genų raiškos lygiu. Akivaizdžiausias įrodymas dirbant su tokiais gyvūnais yra tai, kad jų smegenys pakito neurochemiškai ir morfologiškai. Įrodymų šioje srityje vis daugėja.
Bandoma moduliuoti mikrobiotą. Mokslininkai gali keisti ją skirdami gerųjų bakterijų, vadinamųjų probiotikų, gali perkelti maisto bakterijų, vadinamųjų prebiotikų, arba pašalinti bakterijas duodami antibiotikų, suleisdami patogeninių bakterijų į mikrobiotą ir žiūrėti, kaip ji keičiasi. Arba persodinti mikrobiotą iš vieno gyvūno kitam, žmogaus – gyvūnui.
Daugiausia įtakos bakterijos daro socialiniam elgesiui. Tokie tyrimai atlikti ne tik su pelėmis ir žiurkėmis, bet ir su bitėmis, žuvelėmis ir t. t. Keičiant mikrobiotą galima pakeisti ir gyvūno elgesį. Atlikdami postdoktorantūros stažuotę Airijoje pas profesorių Johną Cryaną, kuris yra bene labiausiai žinomas mokslininkas, dirbantis su šiais tyrimais, domėjomės, kaip pakeičiant mikrobiotą prebiotikais galima paveikti chroninį stresą.
Tačiau tai nėra kaip vaistai, kai žinome, kad kažkokia cheminė medžiaga veikia konkretų receptorių. Viskas daug sudėtingiau, nes nėra vieno būdo. Mikrobiota veikia ir imuninę sistemą, kurios moduliavimas taip pat daro įtaką smegenims, jų imuninėms ląstelėms. Taip pat gali veikti ir per savo metabolitus; vieni žinomiausių yra trumpos riebalų grandinės riebalų rūgštys. Bakterijos gali gaminti net ir neurotransmiterius, tokius kaip seratoninas, dopaminas. Jie nepereina kraujo ir smegenų barjero, bet jeigu tas barjeras pažeistas, gali paveikti net tiesiogiai, tačiau veikia ir netiesioginiu būdu per hormonų apykaitą. Žarnyne esančios ląstelės reguliuoja tokius veiksnius kaip apetitas per hormoną greliną, todėl jų gamyba taip pat turi įtakos ląstelėms, gaunančioms signalus iš mikrobiotos per metabolitus.
Tiesiogiai bakterijos gali paveikti per klajoklį nervą, kuris išsidėstęs visame virškinimo trakte ir jaučia, kas jame vyksta. Signalus apie mikrobiotos pokyčius jis iškart siunčia į smegenis. Vis dėlto visa tai yra tik pradžia – bandymas suprasti, kaip emocijos, smegenų veikla gali būti veikiami mikrobiotos pokyčių. Nereikia suprasti, kad tai bus panacėja ir mes galėsime su mikrobiota išspręsti visas sveikatos problemas, bet yra pagrindo manyti, jog ją reguliuodami galime padėti gydyti su smegenimis susijusias ligas. Daugiausia vilčių teikia uždegiminių procesų reguliavimas, nes senstant ir atsirandant tam tikrų patologijų išsivysto nevaldomas ir daug žalos darantis lėtinis uždegimas, siejamas ir su smegenų ligomis, pavyzdžiui, Alzheimerio liga, depresija. O moduliuoti mikrobiotą galima per mitybą, ne tik vaistais. Šie tyrimai padėtų kurti terapijas, kurios jeigu ne išgydytų, tai bent sumažintų ligų vystymąsi. Gydymas būtų pigus ir saugus.
– Jūs užsiminėte apie klajoklį nervą ir prisiminiau, jog esu skaičiusi apie tyrimą, kurio metu mokslininkai išsiaiškino, kad per jį žarnyno bakterijos nukeliauja į smegenis. Ar iš tiesų smegenyse turime bakterijų, ar ta komunikacija vyksta kitais būdais?
– Bakterijos smegenyse buvo sulaukusios daug dėmesio, bet toks tyrimas dar nepakartotas. Kita vertus, metabolitai gali per klajoklį nervą pasiekti smegenis ir turėti didelį poveikį. Pavyzdžiui, teigiamas prebiotikų poveikis pelėms, kurioms buvo perkirptas klajoklis nervas, išnyksta. Arba Parkinsono ligos atveju, kai bakterijos gali gaminti tam tikrus baltymus, pakylančius į smegenis ir galinčius formuoti sankaupas, pradėti ligos vystymąsi. Jeigu klajoklis nervas yra nukirptas, tie baltymai į smegenis nepatenka. Tai sufleruoja, kad net ir Parkinsono liga galbūt randasi žarnyne. Taip teigia ir kai kurie mokslininkai.
Mes žinome, kad sveikas žmogus turi vienokių bakterijų, o sergantis arba vienų neturi, arba kitų turi per daug. Tačiau klausimas, ar jis serga dėl bakterijų pasikeitimo, ar tai yra ligos pasekmė. Kitas dalykas, jei vienų bakterijų sumažėja, o kitų padaugėja, sunku suprasti, ką jos ten daro. Bakterija yra gyvas organizmas, ji gali elgtis vis kitaip skirtingoje aplinkoje: vienu atveju gali gaminti naudingus metabolitus, kitu atveju – ne. Jos taip pat komunikuoja tarpusavyje, reaguoja, pagal tai keičia savo aktyvumą. Taip sakant, kuo giliau į mišką, tuo daugiau medžių.
Tyrimuose su pelėmis pastebėta, kad visiškai pašalinus mikrobiotą jos į stresą reaguoja kitaip, sumažėja jų socialumas. Nors pelės yra labai socialūs gyvūnai, atsiranda pokyčių skirtingose smegenų vietose. Skiriasi ir genų raiška, morfologija.
– Iš esmės bakterijos turi didelę įtaką mūsų emocinei būklei. Jeigu žmogus serga depresija ar turi kitokį psichikos sutrikimą, galbūt turėtų atkreipti dėmesį į savo mitybą ir tai, kad žarnyno bakterijos yra nelaimingos ar atsiradęs jų disbalansas, o tai jau būtų dalis problemos sprendimo?
– Tokia ir būtų idėja. Depresija irgi siejama su uždegiminiais procesais, mikrobiota tai galėtų reguliuoti. Buvo įdomus tyrimas, kad net antidepresantų efektyvumas siejamas su tam tikro profilio mikrobiota. Gali būti taip, kad antidepresantai kartais nesuveikia dėl mikrobiotos, tas junginys greičiau suskaidomas, o galbūt jis paverčiamas dar labiau stimuliuojančiu uždegiminius procesus. Tuo labiau kad patys antidepresantai taip pat moduliuoja mikrobiotą. Smegenys yra labai plastiškas ir dinamiškas organas, lyginant su kitais, o mikrobiota yra dar plastiškesnė ir besikeičianti. Kai bandoma sujungti abi sistemas, darosi sudėtinga, bet kadangi ši tema sulaukė daug dėmesio, mes po truputį artėjame link supratimo. Tik kiekvienas tyrimas, atsakydamas į kokį nors klausimą, iškelia dar daugiau naujų.
Jeigu reikėtų išvesti bendrą vardiklį, tai kuo didesnė bakterijų įvairovė mikrobiotoje, tuo geresnė jos savininko sveikata, kalbant apskritai, ne tik apie smegenis. Kitas dalykas yra pralaidaus žarnyno sindromas. Vienos bakterijos stengiasi jį palaikyti integralų, o kitos jį ardo. Tad kai žarnyno sienelė nėra integrali, į jį gali patekti ir patogeninių, ir kitokio pobūdžio bakterijų, dar labiau stiprinančių uždegiminius procesus. Todėl svarbu, kad bakterijų įvairovė būtų didelė, o žarnyno pralaidumas kuo mažesnis.
– Kaip pasiekti tą įvairovę?
– Kas sveika žmogui, tas sveika ir mikrobiotai. Žalių daržovių valgymas, mityba turėtų būti kuo įvairesnė. Kai buvo atliktas pats pirmas žmogaus mikrobiotos tyrimas, su kuriuo visi lygindavo vėlesnius, paaiškėjo, kad žmonių, kurie užsiima primityvia žemdirbyste, pavyzdžiui, gyvenančių Afrikos gentyse, mikrobiota yra daug įvairesnė, palyginti su standartinio europiečio arba amerikiečio, kuris valgo daug perdirbto maisto, gyvena nuolatinio streso sąlygomis, vartoja daug antibiotikų ne tik sirgdamas, bet ir maitindamasis su antibiotikais užaugintais gyvūnais. Mūsų, vakariečių, mikrobiota yra palyginti nuskurdusi, mes daug jos esame netekę. Manoma, kad tokios pandeminės ligos kaip diabetas, nutukimas gali būti priežastis, kodėl Vakarų pasaulio žmonių mikrobiota nebėra tokia, kuri galėtų kaip tik padėti mums.
– Kas nutiktų smegenims, jeigu nebūtų ryšio su bakterijomis arba jų apskritai nebūtų organizme? Gal vaikščiotume kaip zombiai arba apskritai neegzistuotume?
– Sprendžiant iš mikrobiotos neturinčių pelių tyrimų, būtume mažiau socialūs. Bet socialinė izoliacija irgi keičia mikrobiotą, dabar būtų labai įdomu pažiūrėti, kaip šiais pandemijos laikais paveikta mūsų mikrobiota, turbūt tokie tyrimai jau atliekami. Taip pat susidorojimas su stresu būtų pasunkėjęs, kaip rodo tyrimai su gyvūnais. Nekalbant apie tai, kad mikrobiota, kas jau buvo žinoma, padeda skaidyti maistines medžiagas, svarbi tų pačių vitaminų gamybai, pavyzdžiui, vitamino K.
– O kokiais atvejais atliekama mikrobiotos transplantacija? Ar žmonėms ji apskritai daroma?
– Yra daroma, kai žmogus turi Clostridium difficile infekciją. Tiems žmonėms dažnai antibiotikai nepadeda, jų gydymas yra efektyvus tik apie 30 proc. Tuo labiau kad ji gali atsirasti po ilgo antibiotikų vartojimo. Ta infekcija gali baigtis labai liūdnai – nuo viduriavimo iki išsekimo, kuris gali privesti net prie mirties. Todėl atliekamas mikrobiotos perkėlimas ir taip daroma visame pasaulyje.
Sveikų žmonių mikrobiotą bandoma perkelti ir vaikams, turintiems autizmo spektro sutrikimą, tuomet pastebimas pagerėjimas, nes tokiems asmenims dažnai pasireiškia ir virškinimo sutrikimai. Žinoma, reikia suprasti, kad mikrobiotos perkėlimas tikrai nepakeis jungčių smegenyse, kurios jau susiformavusios, tačiau bent jau palengvinus virškinamojo trakto sindromus bendra savijauta tampa geresnė, o kartu ir neurologiniai simptomai pasireiškia mažiau. Su profesoriumi Vaidotu Urbonu, kuris atlieka šias procedūras Santaros klinikose, turime projektą ir bandome aiškintis, kaip tas perkėlimas galėtų būti efektyvesnis. Tyrimo esmė yra suprasti, kurios bakterijos svarbios, galbūt nereikia perkelti visos mikrobiotos, o tik kažkurią mikroorganizmų, bakterijų ir metabolitų kombinaciją. Panašūs tyrimai atliekami ir Amerikoje.
– Ar atliekant tokią transplantaciją negalima netyčia pakenkti žmogui, kuriam perkeliama mikrobiota?
– Dėl to ir norima suprasti tuos mechanizmus, kad kuo mažiau būtų pakenkta. Tyrimai su gyvūnais rodo, kad, pavyzdžiui, kai buvo perkelta depresija sergančiųjų mikrobiota žiurkėms, po kurio laiko joms pasireiškė simptomai, panašūs į depresijos. Todėl prieš perkeldami mikrobiotą turime visapusiškai pažinti donorą, išsiaiškinti, ar nėra patogeninių mikroorganizmų. Tokie tyrimai ir supratimas padės lengviau įvertinti riziką ir atrinkti, kokią dalį mikrobiotos reikia perkelti. Viskas daroma labai atsargiai, kad nebūtų daugiau žalos negu naudos.
Tyrimai taip pat gali parodyti, kada reikia daryti tokias intervencijas. Senstant mikrobiotos taip pat pradeda mažėti. Įdomūs darbai su gyvūnais parodė, kad jiems perkėlus jaunų gyvūnų mikrobiotą kai kurie senėjimo procesai – nuo kognityvinių funkcijų iki imuninės sistemos veiklos – sulėtėja.
– Jūs tyrėte ryšį tarp nutukimo ir atminties sutrikimų. Ką tuomet išsiaiškinote?
– Nutukimas mažina bakterijų įvairovę, vienų padaugėja, kitų pamažėja. Žiūrint apskritai, pakitusios mikrobiotos profilius galima susieti su atminties sutrikimais, pacientai tam atliko specialius testus. Įdomiausia, kad, perkėlus mikrobiotą iš lieknų ir antsvorio turinčių žmonių pelėms, šių atminties funkcijas buvo galima susieti su pacientų mikrobiota.
– Vadinasi, nutukimas pakeičia mikrobiotą?
– Nutukimas atsiranda dėl tam tikros mitybos, kuri ir keičia mikrobiotą. Savo ruožtu mikrobiota irgi nepadeda. Jeigu grįžtume prie pelių, vienoms buvo perkelta lieknų, kitoms nutukusių žmonių mikrobiota. Visoms buvo taikoma vienoda dieta, tačiau tos pelės, kurios gavo mikrobiotą iš turinčiųjų antsvorio, labiau nutuko ir turėjo apie 40 proc. daugiau riebalų nei tos pelės, kurios gavo mikrobiotą iš lieknų asmenų, nors jų mityba buvo identiška. Galima sakyti, kad įtakos turi ir pati mikrobiota.
Nutukimas dažniausiai siejamas su riebia, daug cukraus ir perdirbto maisto turinčia mityba, kurioje, pavyzdžiui, mažai skaidulų. Todėl mikrobiota pradeda skursti. Kuo ji įvairesnė, tuo geresnė sveikata ir smegenų veikla.
– Kokius tyrimus atliekate šiuo metu?
– Kaip ir minėjau, vienas iš tyrimų susijęs su autizmo spektro sutrikimu. Su Fizinių ir technologijos mokslų centru (FTMC) bandome vystyti elektroninę nosį, kuri galėtų greitai užfiksuoti pokyčius ir tyrimai nebūtų tokie brangūs. Pastebimas pagerėjimas paprastai yra laikinas, mikrobiota dažniausiai stengiasi sugrįžti į pirminę būklę. Jeigu persodinama mikrobiota iš kito žmogaus, tikėtina, kad po kiek laiko ji grįš į pradinę sudėtį. Todėl bandome kurti įrankį, leidžiantį stebėti tuos pokyčius. Elektroninė nosis nepasakys sudėties, bet gali parodyti, kad ji ženkliai pasikeitė.
GMC bandome išsiaiškinti, kokį ryšį mikrobiota turi su smegenimis. Tai pirmiausia tyrinėjame per genų raišką skirtingose pelių smegenų dalyse, kai perkeliama mikrobiota iš pacientų ir sveikų vaikų. Žiūrime ir į epigenetinius pasikeitimus, nes mikrobiota veikia ir mūsų genų reguliavimą. Bandome žiūrėti ir į tai, kokią įtaką senėjimui turi mikrobiota, pavyzdžiui, kalbant apie Alzheimerio ligą, smegenų imuninių ląstelių veiklą. Galbūt moduliuodami mikrobiotą prebiotikais galime sulėtinti senėjimo, neurouždegiminius procesus.
– Ką išskirtumėte kaip svarbiausią atradimą šioje srityje ir ką, jūsų nuomone, būtina išsiaiškinti artimiausiu metu?
– Žiūrint iš neurobiologijos pusės įdomu, kad tyrimų metu, kai buvo pašalinta mikrobiota, matomi pokyčiai susieti su tam tikrais smegenų centrais. Pavyzdžiui, mikrobiotos neturinčių pelių migdolinis kūnas yra padidėjęs, tačiau bendras smegenų tūris – ne. Arba prefrontalinėje žievėje yra daugiau mielino dangalo, kurio paprastai sumažėja, pavyzdžiui, sergant išsėtine skleroze. Mikrobiotos nebuvimas daro pokytį ne apskritai visoms smegenims, bet specifinį tam tikroms sritims. Manau, svarbu suprasti, kodėl tai vyksta. Mes tai matome, tačiau kitas klausimas, kodėl būtent tose srityse, o ne kitose smegenų dalyse įvyksta pokyčių. Suprasti šį ryšį svarbiausia, tačiau manau, kad kartu tai iškels dar daugiau naujų klausimų.
Svarbu suvokti, kad bakterijų yra milijonai, žmogus žarnyne turi nuo 1 iki 2 tūkst. skirtingų jų rūšių. Jų pokyčiai ir dinamika visame žarnyne keičiasi, nes kinta ir maistinės medžiagos, deguonies koncentracija, pH ir t. t. Mes nesuprantame, kaip jos bendrauja ir per tai daro įtaką žarnyno ląstelėms, o per jas smegenims. Šiuo metu matome, kad kažkuriuo ligos atveju vienų bakterijų padaugėjo, kitų sumažėjo, bet kas iš to, dar reikia išsiaiškinti.
