Dobrodošli v oddaji Znanstvene redakcije Radia Študent Frequenza della scienza. Današnjo oddajo ponovno posvečamo črevesju in njegovim mikroskopsko majhnim prebivalcem. Prejšnjič smo bili bolj osredotočeni na sestavo, delovanje in morebitne bolezni črevesja, danes pa bomo govorili o njegovi povezavi z možgani. Vsi, ki ste prvi del oddaje zamudili, ste vabljeni k poslušanju ali branju na spletni strani Radia Študent. Danes se bomo najprej pogovarjali o na prvi pogled nenavadni povezavi med črevesjem in možgani. Nato bomo razložili tudi, kako črevesna mikrobiota vpliva na razvoj Alzheimerjeve bolezni. Za konec bomo dodali še nekaj o probiotikih in prebiotikih. Oddajo bodo spremljale izjave doktorice Nittaye Marungruang z Univerze v Lundu, ki je za nas opisala nekatere raziskave, povezane z današnjo osrednjo temo.

V prejšnji oddaji Frequenza della scienza smo se že seznanili s sestavo človeškega črevesja, njegovimi skrivnostnimi prebivalci in boleznimi, ki ga lahko doletijo. Bolezenske spremembe v sestavi in delovanju črevesja pa ne povzročajo le klasičnih bolezni prebavil. Vedno več raziskav v današnjem času namreč razkriva, da se posledice sprememb v črevesju izražajo tudi v delovanju naših možganov. Med črevesjem in možgani obstaja dvosmerna povezava, ki ji pravimo možgansko-črevesna os. Do pred nedavnim so znanstvenice in znanstveniki raziskovali predvsem eno izmed dveh smeri povezave - namreč kako možgani s svojimi funkcijami vplivajo na delovanje črevesja. Uravnavanje prebave poteka prek avtonomnega živčnega sistema, ki skrbi za nemoteno delovanje gladkih mišic in posledično gibljivost določenih delov črevesja. Isti mehanizem uravnava tudi prehajanje snovi v črevesje in iz njega.

Ko govorimo o vplivu črevesja na možgane, s tem mislimo predvsem na njegove mikroskopsko majhne prebivalce, ki jim pravimo mikrobiota. Pojem nam razloži raziskovalka doktorica Nittaya Marungruang z Oddelka za znanost o prehrani in zdravju na Univerzi v Lundu na Švedskem.

IZJAVA

Najštevilčnejše predstavnice črevesne mikrobiote so torej bakterije, prisotnih je kar od 300 do 1000 različnih vrst. V debelem črevesju nam pomagajo pri prebavljanju hrane oziroma snovi, ki jih sami ne moremo prebaviti. Poleg tega imajo pomembno vlogo pri uravnavanju imunskega sistema, sodelujejo pa tudi pri delovanju možgansko-črevesne osi. V nadaljevanju oddaje se bomo posvetili razlagi mehanizmov, s katerimi bakterije in drugi mikroorganizmi vplivajo na delovanje možganov. 

Na tem mestu se verjetno sprašujete, na kakšen način mikroorganizmi v črevesju sploh lahko vplivajo na možgane oziroma kako so z njimi povezani. Odgovor leži v signalnih mehanizmih med tema dvema strukturama. Mikrobiota na centralni živčni sistem vpliva z delovanjem na imunski in hormonski sistem, in sicer z izločanjem številnih metabolitov. Največkrat je kot posrednik vključen deseti možganski živec, imenovan vagus, ki je glavni živec parasimpatičnega živčevja. Parasimpatični živčni sistem je del avtonomnega živčnega sistema in uravnava procese, povezane z ohranjanjem telesne energije. Vagus v slovenščini sliši tudi na ime klatež, razprostira se namreč po veliki površini telesa. Vpleten je v delovanje skoraj vseh notranjih organov, med njimi tudi trebušne votline, v kateri se nahaja črevesje. Omenjeni živec je tako najpomembnejša in najhitrejša pot iz črevesja v možgane in obratno.

Pri komunikaciji med črevesno mikrobioto in možgani pomagajo molekule, ki jih proizvajajo mikroorganizmi. Gre predvsem za maščobne kisline in druge metabolite, ki vplivajo na epitelne celice črevesja: nevropeptide, hormone in druge molekule, ki delujejo na imunski sistem, ter živčni prenašalce, ki vplivajo na delovanje možganov. Kratke maščobne kisline, sekundarne žolčne kisline in nekateri drugi metaboliti, ki jih mikroorganizmi izločajo, krepijo signale preko interakcij z različnimi tipi črevesnih celic. Nekateri od njih preidejo skozi črevesje v kri, in če so dovolj lipofilni, lahko prečkajo tudi krvno-možgansko pregrado. Krvno-možganska pregrada je selektivna bariera, ki ločuje možgane od krvnega obtoka, pa tudi imunskega sistema. Pregrada ščiti možgane pred določenimi molekulami iz krvnega obtoka in patogeni, prepušča pa vodo, nekatere pline in druge molekule, ki jih  možgani potrebujejo. Navedimo konkreten primer: bakterije iz rodov Lactobacillus in Bifidobacterium lahko proizvajajo kratke maščobne kisline, ki v črevesju predstavljajo primarni vir energije za tamkajšnje epitelne celice. Poleg tega pa imajo sposobnost prehajanja skozi krvno-možgansko pregrado, kar pomeni, da pristanejo v možganih, kjer se vključujejo v tamkajšnje biološke procese.

Mikrobne združbe v debelem črevesju so sposobne izdelati nevropeptide, endokrine hormone in druge molekule, vpletene v delovanje imunskega sistema. Vrste bakterij iz rodov Escherichia in Bacillus ter rod kvasovk Saccharomyces lahko proizvajajo noradrenalin. Ta kemijska spojina v telesu deluje kot hormon ali pa kot živčni prenašalec. Igra glavno vlogo pri regulaciji organskih sistemov in možganov, in sicer je njegova glavna vloga, da pripravi telo in možgane na akcijo. Med spanjem je namreč koncentracija noradrenalina najnižja. V času budnosti njegova koncentracija naraste, najvišja pa je, kadar smo v stresnih ali nevarnih situacijah, kadar je treba organizem pripraviti na tako imenovani boj ali beg. V možganih noradrenalin poveča budnost in pozornost, krepi nastanek in priklic spominov ter usmerja fokus. Poveča pa tudi  tudi nemir in tesnobo. V preostalih delih telesa noradrenalin poveča srčni utrip in zviša krvni tlak, sproži sproščanje glukoze iz zalog energije, poveča dotok krvi v skeletne mišice, zmanjša dotok krvi v prebavni sistem in zavira izločanje iz mehurja ter gibljivost prebavil.

Poleg omenjenih metabolitov lahko mikrobiota neodvisno prispeva k proizvodnji molekul, ki jim pravimo živčni prenašalci. V človeških možganih so živčni prenašalci med drugim odgovorni za prenašanje signalov med živčnimi celicami, kar nam omogoča kognitivne oziroma miselne procese. Posredno lahko mikroorganizmi iz črevesja vplivajo na spomin, čustvovanje, razpoloženje in motoriko. Navedimo nekaj primerov: sporogene bakterije lahko proizvajajo serotonin, katerega biološka funkcija je uravnavanje miselnih procesov, torej mišljenja, učenja, pomnjenja in tudi številnih drugih fizioloških procesov. Vrste rodu Bacillus lahko proizvajajo živčni prenašalec dopamin, za katerega vemo, da igra pomembno vlogo pri motivacijskih vedenjih in vedenjih, ki vključujejo iskanje nagrade. Bakterije rodu Bacillus in Lactobacillus proizvajajo tudi acetilholin. Omenjeni živčni prenašalec je odgovoren predvsem za uravnavanje delovanja motoričnih nevronov in posledično stimulacijo mišičnih vlaken. Črevesna mikrobiota na omenjene načine sodeluje pri številnih vsakodnevnih možganskih aktivnostih in posledično vpliva tako na zdravo kot tudi na bolezensko duševno stanje človeka. Spremembe v delovanju možgansko-črevesne osi imajo lahko številne posledice.

Poslušate oddajo Znanstvene redakcije Frequenza della scienza. Izvedeli smo že, kaj je črevesna mikrobiota in na kakšen način lahko vpliva na delovanje možganov. Povezujejo jo tudi z nastankom nekaterih duševnih bolezni, med njimi tudi z eno od oblik demence - Alzheimerjevo boleznijo. Zadnjih nekaj let število znanstvenih raziskav na tem področju močno narašča. Odkrivajo namreč povezavo med spremembami v sestavi ali delovanju populacij črevesnih mikroorganizmov in nekaterimi duševnimi motnjami. Takšne spremembe so zaznali pri ljudeh z motnjami razpoloženja, motnjami avtističnega spektra, Parkinsonovo boleznijo, demenco, anksioznostjo in depresijo. Mi smo za današnjo oddajo raziskali povezavo med črevesno mikrobioto in nastankom Alzheimerjeve bolezni. ‘’Lomljivost spomina’’ je naslov oddaje, ki smo jo v preteklosti namenili tudi Alzheimerjevi bolezni. Vabljeni k poslušanju, če vas tema še posebej zanima, oddajo pa najdete na spletni strani Radia Študent.

Alzheimerjeva bolezen postaja dandanes vedno bolj razširjena zaradi splošnega staranja prebivalstva. Bolezen je poimenovana po nemškem zdravniku Aloisu Alzheimerju, ki je leta 1905 prvi stanje opisal na podlagi obdukcije možganov. Pripadali so pacientki, ki sta jo v zadnjih letih življenja mučila huda izguba spomina in zmedenost. Po obdukciji je v tkivu možganov opazil nenormalne proteinske strukture: amiloidne plake in nevrofibrilarne pentlje. Pravilno je sklepal, da so strukture zaradi motenega delovanja možganskih funkcij povzročile izgubo spomina pacientke. Prav tako med simptome Alzheimerjeve bolezni štejemo zmedenost, nezmožnost opravljanja vsakodnevnih opravil, težave pri tvorjenju stavkov med govorjenjem in pisanjem, zalaganje stvari ter spremembe razpoloženja in osebnostnih značilnosti. Jasno je, da omenjene spremembe negativno vplivajo na življenja obolelih in njihovih svojcev. Bolezen je kronična in progresivna, kar pomeni, da njenega poteka ne moremo kar tako zaustaviti in povrniti stanja nazaj v normalno. Napreduje zaradi širjenja amiloidnih plakov in nevrofibrilarnih pentelj, zaradi česar možgansko tkivo prične propadati in se dobesedno krčiti.

Trenutno na tem področju potekajo številne raziskave, ki se ukvarjajo predvsem z iskanjem krivcev za kopičenje nenormalnih struktur v možganih pri Alzheimerjevi bolezni. Ena izmed najnovejših teorij o nastanku bolezni je povezana z osrednjo temo naše oddaje. Govorili smo že o vplivu črevesne mikrobiote na delovanje možganov. Glede na številna odkritja obstaja velika verjetnost, da lahko vpliva tudi na nastanek Alzheimerjeve bolezni. Včasih se zgodi, da se v črevesju človeka namnožijo za njegovo zdravje neugodne bakterije, ki proizvajajo povsem drugačne snovi kot zanj koristne bakterije. Takšna črevesna mikrobiota je v neravnovesju in lahko povzroči povečanje prepustnosti črevesja in krvno-možganske pregrade. Posledično je oslabljena kontrola prehoda snovi iz črevesja v krvni obtok. Obstaja torej večja verjetnost, da bodo tudi škodljive molekule prosto prehajale iz črevesja v možgane. Poleg tega lahko bakterije, ki naseljujejo črevesje, izločajo velike količine amiloidov in lipopolisaharidov. Amiloide smo v tej oddaji že omenili kot eno od značilnosti Alzheimerjeve bolezni. Gre za skupke proteinov, ki v prevelikih količinah lahko povzročajo bolezni v človeškem organizmu. Lipopolisaharidi pa so velike molekule, sestavljene iz lipidov in polisaharidov. Veliko jih je pritrjenih na zunanje membrane nekaterih vrst bakterij. Znano je, da molekule velikanke vzbudijo imunski odziv organizmov, v katerih se bakterija nahaja. Tako amiloidi kot tudi lipopolisaharidi lahko sodelujejo pri oblikovanju signalnih poti in proizvodnji vnetnih proteinov, vnetje pa je ena od značilnosti Alzheimerjeve bolezni.

Trenutno se največ raziskav na področju Alzheimerjeve bolezni izvaja na laboratorijskih miših, zaradi česar pri interpretaciji rezultatov ne smemo biti prenagli. Mišji možgani niso enaki človeškim in zato ne bi bilo pametno rezultatov kar posploševati. Na miših je raziskave izvajala tudi doktorica Nittaya Marungruang z Univerze v Lundu. Raziskavo so delali na gensko spremenjenih miših, ki so bile spremenjene tako, da so predstavljale model za Alzheimerjevo bolezen. Doktorica nam pove, kakšne razlike so našli med omenjenimi in zdravimi mišmi:

IZJAVA

Laboratorijske miši v raziskovalne namene izpostavijo mikrobnim okužbam, jim dajejo antibiotike, probiotike ali pa jim naredijo tako imenovano fekalno transplantacijo, o kateri smo razpravljali v prejšnji oddaji. Na podlagi takšnih sprememb nato spremljajo njihov fiziološki odziv. Raziskave velikokrat vključujejo sterilne miši. To je linija živali, vzgojena v laboratoriju, ki na in v sebi nima prisotnih mikroorganizmov. Omogočena je lažja kontrola izpostavljenosti določenim mikroorganizmom oziroma patogenom in je zato tudi lažje raziskovati vpliv mikroorganizmov na poskusne sterilne miši. Takega načina so se v svoji raziskavi poslužili tudi naša sogovornica, doktorica Nittaya Marungruang, in njeni sodelavci, mednarodna skupina znanstvenic in znanstvenikov. Preiskovali so spremembe pri tvorjenju betaamiloidnih plakov v miših s spremenjeno in zdravo črevesno mikrobioto.

IZJAVA

Res pa je, da se manjše število raziskav opravi tudi na ljudeh oziroma natančneje - njihovih iztrebkih. Človeški iztrebki vsebujejo namreč ogromno število bakterij - če bi jih posušili, bi kar 60 odstotkov mase predstavljale bakterije. V raziskovalne namene raziskovalci in raziskovalke iztrebke analizirajo tako, da določijo zaporedje gradnikov molekule DNK ali nukleotidov, po katerih se rodovi bakterij med sabo razlikujejo. Na tak način lahko spremljajo njihovo vrstno sestavo v debelem črevesu.

Na frekvenci 89,3 MHz še vedno poslušate oddajo Frequenza della scienza. Danes govorimo o povezavi med črevesno mikrobioto in možgani. Spoznali smo že, da lahko spremembe v črevesni mikrobioti povezujemo z nastankom nekaterih duševnih bolezni. Za konec oddaje pa se bomo posvetili še možnim rešitvam problema. Zdi se edino logično, da bi na sestavo in delovanje črevesne mikrobiote lahko vplivali s hrano oziroma snovmi, ki jih v njeno prebivališče vnašamo. Hrana in pijača, ki jo zaužijemo, namreč nista samo naši, ampak sta tudi hrana in pijača naše mikrobiote. V debelem črevesu predstavljata sestavne delce za sintezo molekul, ki lahko pozitivno ali pa negativno vplivajo na delovanje naših možganov. Obenem pa lahko uživanje določene vrste hrane dokazano vpliva tudi na sestavo združbe dobrih ali slabih mikroorganizmov v našem črevesju.

Vsak dan zaužijemo več milijard živih bakterij in drugih mikroorganizmov. Nahajajo se v surovih jedeh, nekateri preživijo tudi kuhanje. Nekateri od njih so lahko povzročitelji bolezni. Večina jih na organizem nima opaznega vpliva ali pa njihove vloge še ne poznamo. Majhen delež mikroorganizmov in njihove značilnosti pa dobro poznamo in razglasili smo jih za nam koristne. Tem mikroorganizmom pravimo probiotiki, ker v gostitelju ugodno vplivajo na zdravje. Mnoge probiotične bakterije na primer ugodno vplivajo na naše črevesje. To naredijo s snovmi, ki jih tam izločajo. Maslena kislina, ki jo izločajo, na primer pomaga pri regeneraciji mikrovilov epitelnih celic črevesja, imenovanih enterociti. Ti posledično lahko bolj učinkovito absorbirajo hranila, minerale in vitamine. Poleg tega dobro vplivajo tudi na imunski sistem ter na porušeno ravnovesje mikrobiote po jemanju antibiotikov. Probiotične mikroorganizme najdemo v številnih fermentiranih proizvodih. Doktorica Nittaya Marungruang z Univerze v Lundu nam pove, kako so učinke probiotičnih bakterij preiskovali njeni sodelavci.

IZJAVA

Prebiotiki na drugi strani pa so kemične snovi oziroma hrana, ki znotraj prebavnega sistema ustvarja okolje, ugodno za koristne bakterije. Za njih namreč prispevajo hranilne snovi, ki jih ohranjajo v ugodnem fiziološkem stanju. Pogovorno takšni hrani rečemo tudi balast. Gre za vlaknine, ki so za nas neprebavljive. Vendar to še zdaleč ne pomeni, da so odveč ali da nimajo koristi. Zaželenim mikroorganizmom predstavljajo bogat vir hranil, nam pa kvalitetno sestavo mikrobiote. Med prebiotike uvrščamo na primer banane, por, česen, čebulo, šparglje, ječmen, rž in polnozrnata živila.  

Kot prebiotiki so zanimive so tudi nekatere vrste jagodičevja. Vaccinium vitis-idaea je divja brusnica ali angleško lingonberry in je zimzeleni grm, ki ga poznajo predvsem na severu. Raste na območjih arktične tundre od Evrazije do Severne Amerike, kjer njene užitne plodove tudi uporabljajo v prehrani. Raziskovalka Nittaya Marungruang nam pove nekaj več o zanimivi raziskavi, pri kateri so na laboratorijskih miših preverjali vpliv divjih brusnic na nekatere možganske funkcije in črevesno mikrobioto.

IZJAVA

Doktorica nam je pojasnila tudi, kako je uživanje divjih brusnic vplivalo na črevesno mikrobioto miši.

IZJAVA

Zanimanja za določena živila, ki pozitivno vplivajo na naše zdravje, je vedno več. Na začetku oddaje smo že omenili, da črevesna mikrobiota proizvaja številne za delovanje naših možganov zelo pomembne snovi. Denimo živčne prenašalce, ki so prav zdajle aktivni v naših možganskih celicah in nam omogočajo mišljenje in spomin. Probiotiki in prebiotiki lahko vzpostavijo ugodno sestavo črevesne mikrobiote in s tem pozitivno vplivajo tudi na naše duševno zdravje. Je torej rešitev za izboljšanje spomina v uživanju severnega jagodičevja?

Možgansko-črevesno zOS je skuhala vajenka Laura.

Brala sva Juš in Biga.

Tehniciral je Linč.

Urednikoval je Arne.