Perspektivy střevních mikroorganismů a neurologických onemocnění 1. část

Gastrointestinální trakt každého zdravého člověka se skládá z jedinečného souboru střevní mikroflóry, která společně ukrývá různorodou a komplexní komunitu více než 100 bilionů mikroorganismů, včetně bakterií, virů, archeí, prvoků a hub.

Archaea je třída prokaryot, která v geografické historii existovala miliardy let. V posledních letech vědci zkoumají archaea hlouběji a objevují jejich kouzlo. Mezi nimi je nejpřekvapivější vztah mezi archaea a pamětí.

Jak všichni víme, paměť je základní funkcí lidského mozku. Pokud ztratíme paměť, bude to velmi obtížné. Ale věděli jste? Archaea může podporovat lidskou paměť.

Studie prokázaly, že archaea může produkovat látku zvanou „kyselina lysergová“, která dokáže stimulovat činnost mozkových neuronů a podporovat lidskou paměť. Kyselina lysergová může také ovlivnit frekvenci mozkových vln a zlepšit paměť a schopnost učení změnou rytmu mozku.

Kromě toho může archaea také zlepšit naši náladu a kvalitu spánku. Zdravé tělo a emocionální stav jsou důležitými předpoklady pro udržení paměti.

Pro udržení zdravého mozku a silné paměti proto můžeme předcházet a léčit konzumací potravin bohatých na archaea. Potraviny jako jogurt a fermentované sójové produkty jsou bohaté na archaea. Kromě toho někdy najdeme i složky archaea ve zdravotnických produktech.

Stručně řečeno, existuje úzký vztah mezi archaea a pamětí. Správnou konzumací potravin bohatých na Archaea si můžeme udržet zdravý mozek a silnou paměť, díky čemuž se nám žije lépe. Je vidět, že potřebujeme zlepšit naši paměť a Cistanche může výrazně zlepšit paměť, protože Cistanche je tradiční čínský léčivý materiál s mnoha unikátními účinky, z nichž jedním je zlepšení paměti. Účinnost Cistanche vychází z různých aktivních složek, které obsahuje, včetně kyseliny tříslové, polysacharidů, flavonoidních glykosidů atd. Tyto složky mohou podporovat zdraví mozku mnoha způsoby.

Klikněte na 10 způsobů, jak zlepšit paměť

Střevní mikrobi mají symbiotický vztah s naším tělem. Složení mikrobioty je formováno v raném věku zráním střeva, které je ovlivněno několika faktory.

Střevní bakterie jsou klíčové pro udržení imunitní a metabolické homeostázy a pro ochranu proti patogenům. Dysbióza střevní mikroflóry je spojena nejen se střevními poruchami, ale také s extraintestinálními chorobami, jako jsou metabolické a neurologické poruchy.

V tomto přehledu autoři zkoumali různé studie, které odhalily možné hypotézy a souvislosti ve vývoji neurologických poruch spojených se střevním mikrobiomem.

První návrh předložen: 30. listopadu 2020; Přijato ke zveřejnění: 20. května 2021; Zveřejněno online: 14. července 2021.

Klíčová slova: Alzheimerova nemoc • úzkost • porucha autistického spektra • osa střeva-mozek • střevní mikroorganismy• mikrobiom • roztroušená skleróza • neurologické onemocnění • Parkinsonova nemoc • schizofrenie.

Střevní mikroorganismy sídlící v lidském gastrointestinálním (GI) traktu jsou nezbytnou součástí lidského vývoje, protože slouží jako největší rozhraní mezi hostitelem, faktory prostředí a antigeny v lidském těle.

Počet střevních mikrobů v našich střevech přesahuje 1014, všechny se zaměřují na vytváření vzájemně prospěšného vztahu (symbiózy) s tělem. Bakterie, archaea a eukaryota obývající GI trakt prospívají lidem několika způsoby prostřednictvím řady fyziologických funkcí, jako je posílení integrity střeva nebo tvarování střevního epitelu, regulace imunity hostitele, ochrana proti patogenům, získávání energie a poskytování živin, jako jsou vitamíny [1] .

Tento symbiotický vztah je výsledkem několika faktorů prostředí, které jsou iniciovány během kontaktu mezi plodem a vaginální mikroflórou během porodu [2]. Střevní mikroorganismy hrají významnou roli uvnitř lidského těla, které napomáhají správnému růstu a vývoji.

Historicky byly střevní mikroorganismy považovány za požehnání pro lidi v důsledku těchto blahodárných účinků na zdraví.

Nedávné studie však překvapivě ukázaly, že střevní mikrobi mají vliv na onemocnění centrálního nervového systému (CNS) díky obousměrné komunikaci mezi střevním mikrobiomem a CNS, známé jako osa mikrobiota-střevo-mozek, a mohou také ovlivnit celkový vývoj a funkce mozku.

Neurovývojové, neurodegenerativní a psychiatrické poruchy souvisí se změnami v množství střevní flóry. V důsledku toho byla nedávno zjištěna souvislost mezi řadou střevních mikroorganismů a nejrozšířenějšími formami neurologických onemocnění (např. Alzheimerova choroba [AD], roztroušená skleróza [MS], schizofrenie).

Ačkoli mechanismy a role střevních mikroorganismů ve vývoji těchto onemocnění nejsou dostatečně pochopeny, několik nedávných studií navrhlo různé možné hypotézy vysvětlující, jak mohou střevní mikroorganismy ovlivnit jejich vývoj [3,4].

Tento přehled poskytuje komplexní přehled střevních mikroorganismů a jejich vývoje, jakož i jejich role v lidském těle a zapojení do neurologických onemocnění, včetně aktualizovaných hypotéz mikrobiální patogeneze u neurologických onemocnění.

Složení a diverzita střevních mikroorganismů

Střevní mikroflóra se skládá z několika druhů mikroorganismů, včetně bakterií, kvasinek a virů.

Složení střevních mikrobů se během našeho života vyvíjí podle anatomických, stravovacích a nutričních změn (např. štíhlá, obézní, anorektičtí), stejně jako patologických (systémové a gastrointestinální infekce), prostředí (např. klima, pracoviště, životní styl, rodinné složení) a farmakologické (např. užívání antibiotik, probiotik, laxativ, prokinetik) faktory [5].

Lidská mikroflóra obsahuje složky, jako jsou archaea, viry, houby, kvasinky a další eukaryota (např. Blastocystis a Amoebozoa), které byly ve výzkumu opomíjeny, a informace o komenzálních houbách, archeích a prvokech jsou rovněž vzácné [5,6]. .

Podle taxonomie lze bakterie klasifikovat do kmenů (v biologii je kmen [plural phyla] úrovní klasifikace nebo taxonomického pořadí pod říší a nad třídou), tříd, řádů, čeledí, rodů a druhů [7].

Dominantní střevní mikrobiální kmen se skládá z Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria a Verrucomicrobia, přičemž 90 % střevní mikroflóry tvoří dva kmeny Firmicutes a Bacteroidetes.

Thephylum Firmicutes se skládá z více než 200 různých rodů, včetně Lactobacillus, Bacillus, Clostridium, Enterococcus a Ruminococcus, přičemž 95 % kmene tvoří rod Clostridium.

Mezi převládající rody zahrnující Bacteroidetes patří Bacteroides a Prevotella, zatímco kmen Actinobacteria je v poměru méně hojný a je reprezentován především rodem Bifidobacterium.

Střevní mikroflóra je charakterizována shluky bakterií nazývaných enterotypy a tři enterotypy jsou charakterizovány třemi dominantními shluky bakterií: Bacteroides (enterotyp I), Prevotella (enterotyp II) a Ruminococcus (enterotyp III).

Enterotyp I primárně získává energii ze sacharidů pomocí glykolýzy a pentózofosfátových drah, zatímco enterotypy II a III mohou degradovat mucinové glykoproteiny vrstvy střevní sliznice [8,9].

V každé části GI traktu se lidská střevní mikroflóra liší taxonomicky a funkčně a liší se u stejného jedince podle přechodů kojenců, věku a faktorů prostředí, jako je užívání antibiotik. Bylo zjištěno, že hlavní složkou střevního viromu jsou střevní bakteriofágy. – tvoří asi 90 % jeho složení, napodobuje růst bakteriální mikroflóry u kojenců a předpokládá se, že zůstane stabilní i v dospělosti [10].

Mezi geny konzervovanými během intestinální virové evoluce některé sklízejí energii pro aktivity, jako je transport a degradace sacharidů [11–13].

Tyto vlastnosti běžně vykazují viry rostlin pocházející ze stravy, které mají schopnost řídit lidskou bakteriální mikroflóru nebo metabolismus hostitele, včetně syntézy proteinů a syntézy a degradace sacharidů [14].

Je zajímavé, že nové metagenomické metody nám umožnily identifikovat složení střevního viromu a ukázaly nám, že střevo je osídleno řadou patogenů. Patogeny jako Norwalk, Rotavirus a Enterovirus jsou zodpovědné za gastroenteritidu, protože přímo poškozují enterocyty nebo mění sekreci iontů a vody v tlustém střevě.

Kromě toho byl také nalezen velký seznam nedetekovatelných obřích virů (pocházejících z prvoků a parazitů) a virů a bakteriofágů pocházejících z rostlin [15,16].

Komunitě střevních mikrobiomů dominují především bakterie, a proto se výzkum složení střevních mikrobů tradičně zaměřoval na bakterie. Nedávno však nové studie odhalily přítomnost dalších mikrobů, které by mohly mít velký dopad jak na podporu zdraví, tak na hostitele indukující onemocnění.

Proto je také důležité provádět studie na opomíjených mikrobech, abychom se dozvěděli více o jakýchkoli patogenních rolích u neurologických a jiných onemocnění.

Role střevních mikroorganismů v lidském těle

Střevní mikroorganismy hrají velmi zásadní roli ve zdraví tím, že plní různé funkce potřebné pro růst a vývoj těla. Naopak nerovnováha těchto mikrobů může vést k mnoha nemocem nebo poruchám souvisejícím se zdravím.

Mikroorganismy a jejich metabolity

Miliony bakterií sídlících ve střevě ovlivňují homeostázu hostitele. Mikrobiota vytváří symbiotický a vzájemný vztah s hostitelem, což znamená, že jak hostitel, tak bakterie jsou na sobě závislé, pokud jde o přežití.

Mikrobiom je zodpovědný za dodávání základních živin; syntetizuje vitamíny, enzymy a aminokyseliny; metabolizující xenobiotika a léky; trávení celulózy; provádění angiogeneze; posilování funkce nervů střeva (tab. 1) [17–20]; a syntéza mastných kyselin s krátkým řetězcem (SCFA), které zahrnují metabolity, jako je butyrát, propionát a acetát [21].

Mikroorganismy v tlustém střevě, jako jsou Bacteroides, Roseburia, Bifidobacterium a Enterobacteriaceae, se podílejí na fermentaci sacharidů a nestravitelných oligosacharidů, což vede k syntéze SCFA a zlepšuje zdraví střev [22,23].

Bacteroides thetaiotaomicron, člen rodu Bacteroides, se také podílí na fermentaci sacharidů [24]. Bylo prokázáno, že B thetaiotaomikron vykazuje vyšší expresi kolipázy, enzymu, který pankreatická lipáza vyžaduje pro trávení lipidů [25].

Bacteroidetes a Firmicutes pomáhají při metabolismu nestrávených zbytků potravy. Lactobacillus plantarum udržuje integritu střevní bariéry a zabraňuje vstupu střevních bakterií, bakteriálních toxinů, částečně natrávených tuků a bílkovin do krevního řečiště, čímž předchází výskytu charakteristických příznaků prosakujícího střeva [26].

Netěsné střevo nebo poškozená střevní výstelka by jinak umožnila nestráveným částečkám potravy, toxickým odpadním látkám a bakteriím proniknout střevem a dostat se do krevního oběhu, čímž by vyvolala imunitní odpověď, způsobila zánět v celém systému a učinila jedince náchylným k mnohočetnému zdraví. poruchy.

Nedávné studie na myších prokázaly, že SCFA – zejména butyrát – zlepšují integritu střevní bariéry [21]. Mikrobiota chrání hostitele tím, že brání usazování a růstu patogenů.

Účinek ochrany je realizován prostřednictvím různých mechanismů. Například střevní bakterie soutěží o navázání na kartáčkový okraj střevních epiteliálních buněk, čímž brání uchycení a vstupu morbických bakterií do epiteliálních buněk [31].

Kromě toho střevní mikrobi soutěží o živiny poskytované hostitelem, čímž inhibují růst patogenních konkurentů. Kromě toho bakteriociny produkované střevní mikroflórou inhibují růst patogenních bakterií [32,33].

Mikrobiota také ovlivňuje vývoj CNS prostřednictvím produkce neurotransmiterů a neuromodulátorů a její absence je spojena s mnoha problémy souvisejícími s vývojem CNS [34].

Členové rodů Lactobacillus a Bifidobacterium syntetizují kyselinu gama-aminomáselnou (GABA); Escherichia, Bacillus a Saccharomyces syntetizují norepinefrin; Candida, Streptococcus, Escherichia a Enterococcus syntetizují serotonin; Bacillus a Serratia syntetizují dopamin; a Lactobacillus syntetizuje acetylcholin [27].

Zástupci rodu Bacteroides syntetizují konjugovanou kyselinu linolovou, která má antidiabetické, antiaterogenní, antiobesogenní, hypolipidemické a imunomodulační vlastnosti [28,29].

Metabolismus několika dietních proteinů je způsoben interakcí mezi hostitelem a střevní mikroflórou, z nichž každý vykonává příslušné metabolické funkce; například bakteriální enzym histamindekarboxyláza přeměňuje L-histidin na histamin [35]. Bakterie mohou také syntetizovat aminokyseliny pro použití hostitelem; tato funkce však do značné míry závisí na úloze mikrobioty při utilizaci aminokyselin.

Střevní mikroflóra se také podílí na rozkladu polyfenolů v potravě (např. flavanolů, flavanonů, flavan{0}}olů), které při požití zůstávají neaktivní. Bacteroides distasonis, Bacteroides uniformis, Enterococcus casseliflavus a Eubacterium ramulus tráví flavanoly; Butyrivibrio spp.

trávit třísloviny, zejména brusinkové a malinové polyfenoly; Clostridium orbiscindens a Enterococcus avium digestivní flavony; a L plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus a Bifidobacterium longum štěpí anthokyanidiny [30].

Je třeba také poznamenat, že spolu s několika výhodami proteinová fermentace zahrnuje produkci určitých metabolitů, které mohou u hostitele způsobit několik fyziologických defektů. Střevní mikroflóra také přispívá k metabolismu xenobiotik.

Xenobiotika jsou cizorodé sloučeniny, které nejsou produkovány samotným hostitelem, ale jsou označovány jako léčiva, látky toxické pro životní prostředí a toxiny. Střevní mikroby řídí xenobiotický metabolismus dvěma různými mechanismy, přímým a nepřímým, v závislosti na stravě a faktorech životního stylu [36].

Střevní mikroby indukují xenobiotický metabolismus inaktivací xenobiotických metabolitů, bioaktivací xenobiotických prekurzorů, reaktivací hostitelově detoxikovaného metabolismu xenobiotik nebo změněnou expresí střevní permeability hostitele.

Osa střevo-mozek

Interakce mezi střevem a mozkem odhaluje fyziologické spojení mezi nimi, které zajišťuje ustavení gastrointestinální homeostázy a také udržování kognitivních a limbických funkcí.

Spolupráce mezi CNS, autonomním nervovým systémem (ANS), enterickým nervovým systémem (ENS) a osou hypotalamus-hypofýza-nadledviny (HPA) těla se nazývá „osa střeva-mozek“.

Interakce zahrnuje přímé a nepřímé cesty mezi kognitivními a emočními centry mozku a periferními střevními funkcemi.

Střevo-mozková osa je kombinací sympatických a parasympatických ramen ANS, které pohánějí aferentní a eferentneurální signály spojující osu střevo-mozek.

Experimentální důkazy naznačují, že střevní mikrobiota má významný vliv na osu střevo-mozek a že dysregulace střevního mikrobiomu může vést k rozvoji imunologických, neurologických a psychiatrických poruch [37–40].

Nerovnováha ve složení střevní mikroflóry je také spojena s gastrointestinálními poruchami.

For more information:1950477648nn@gmail.com