как кишечные бактерии управляют нашим мозгом
Второй мозг: как кишечные бактерии управляют нашим сознанием
Мы привыкли к тому, что нашим поведением управляет мозг, — но что управляет мозгом? Оказывается, порой безмолвные пассажиры-микробы норовят взять на себя управление. Bird In Flight разбирается, как не отдать принятие решений бактериям.
Кишечник и мозг обмениваются сигналами через блуждающий нерв, который спускается по шее в грудную и брюшную полость. Джулия Эндерс, автор бестселлера «Очаровательный кишечник. Как самый могущественный орган управляет нами», сравнивает блуждающий нерв с телефонным проводом, который соединяет кишечник с отдельными центрами головного мозга.
Мозг дирижирует всеми органами тела, и многими — через блуждающий нерв, но только кишечник обладает автономностью: если нерв перерезать, «отсоединив» мозг от кишечника, последний продолжит работать. Он имеет собственную нервную систему, которые ученые называют «вторым мозгом». Она состоит из огромного количества нейронов и вспомогательных клеток, производит несколько десятков нейромедиаторов. Функции настолько развитой нервной системы не могут ограничиваться регуляцией пищеварения.
Большинство сигналов по блуждающему нерву передается не сверху вниз, а снизу вверх — в мозг. Ученые предполагают, что кишечник влияет на наше психическое состояние. Для лечения депрессии, которая не поддается медикаментозной терапии, уже используется электрический стимулятор блуждающего нерва. Он заставляет нерв генерировать «правильные» импульсы.
В кишечнике вырабатывается 90 % серотонина – гормона счастья. Может быть, причина депрессии кроется не в мозге, а в кишечнике. Также ученые обнаружили связь между состоянием кишечника и тревожностью, аутизмом, нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Паркинсона и Альцгеймера.
Более того: не только сам кишечник подает сигналы через блуждающий нерв, но и населяющие его микроорганизмы. Они делают это разными способами — например, стимулируя выработку серотонина клетками слизистой оболочки кишечника. Влияние микрофлоры на поведение и настроение доказано в ходе многочисленных экспериментов на лабораторных мышах.
Как оценить психическое состояние мышей? Можно поместить животных в таз с водой и наблюдать, как долго они будут плавать: депрессивные мыши быстрее сдаются в борьбе с неприятностями. Нейробиолог Джон Краян из Ирландского национального университета в Корке добавлял в корм подопытных животных бактерии Lactobacillus rhamnosus JB‑1. Мыши плавали быстрее и активнее, а их организм выделял меньше гормонов стресса по сравнению с контрольной группой. Рассечение блуждающего нерва сводило на нет эффект полезных бактерий.
Не только сам кишечник подает сигналы через блуждающий нерв, но и населяющие его микроорганизмы.
Если определенная микрофлора связана с депрессивным или оптимистичным отношением к жизни, поведение должно меняться при обмене бактериями. Это было показано в экспериментах ученых из Университета Макмастерa в Канаде. Они отобрали несколько линий лабораторных мышей, которые имели разные характеры. Когда робким мышам пересаживали микрофлору мышей-авантюристов, они проявляли больше интереса к исследованию новых объектов.
Любишь общаться? Поделись бактериями
Кишечные бактерии влияют и на социальное поведение лабораторных мышей. Ученые из Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне (США) изучали связь между ожирением матери и расстройствами аутистического спектра у потомства. Контрольная группа мышей питалась обычно, а опытная получала корм с повышенным содержанием жиров. Как и ожидалось, самки из второй группы набрали лишний вес.
Мышата перекормленных матерей намного меньше интересовались общением со своими сородичами, чем потомство контрольной группы. Анализ микрофлоры кишечника показал существенные различия между двумя группами — в обоих поколениях. Но как проверить, обусловлена ли склонность к асоциальному поведению бактериями? Ответ простой: заселить кишечник замкнутых животных микрофлорой общительных сородичей.
У мышей с аутистическим расстройством сильно снижена численность влияющей на выработку окситоцина бактерии Lactobacillus reuteri в кишечнике.
В эксперименте с лабораторными мышами это не составляет большого труда: достаточно поместить животных в одну клетку, совместное проживание неизбежно приводит к обмену кишечными бактериями. Спустя четыре-пять недель микрофлора необщительных мышей становилась такой же, как и у контрольной группы, а социальное поведение возвращалось в норму.
Ученые обнаружили, что у мышей с аутистическим расстройством сильно снижена численность бактерии Lactobacillus reuteri в кишечнике. Этот микроорганизм влияет на выработку окситоцина — гормона, который регулирует социальное поведение. Рацион с высоким содержанием жиров подавляет Lactobacillus reuteri в кишечнике матери, а она передает свою нарушенную микрофлору потомству.
Нехватка полезной бактерии и, соответственно, окситоцина во время развития мышонка приводит к его асоциальности. Добавляя живые бактерии Lactobacillus reuteri в питьевую воду, ученым удалось привести поведение подопытных животных в норму.
Ты — то, что ты ешь. И наоборот
У микроорганизмов могут быть эволюционные причины контролировать наше поведение. По мнению ученых, бактерии стимулируют своих хозяев общаться, потому что это способствует обмену микрофлорой. Они также способны влиять на пищевые пристрастия хозяина, заставляя употреблять продукты, которые способствуют их росту и размножению. Возможно, когда вы не можете устоять перед тортом, дело не в слабой воле, а в микроорганизмах.
Некоторые бактерии любят жир, некоторые — сахар, а за их предпочтения порой приходится расплачиваться ожирением. Микробы могут контролировать пищевое поведение хозяина разными способами: они вмешиваются в работу системы вознаграждения в головном мозге, меняют чувствительность вкусовых рецепторов, вырабатывают вещества, влияющие на настроение, а также взламывают передачу сигналов через блуждающий нерв.
Некоторые бактерии любят жир, некоторые — сахар, а за их предпочтения порой приходится расплачиваться ожирением.
Как противостоять микроорганизмам, чьи интересы не совпадают с нашими планами похудеть в новом году? Создать среди них конкуренцию. Чем разнообразнее состав микрофлоры кишечника, тем меньше вероятность, что один вид начнет преобладать над другими и захватит командование мозгом.
Рацион с высоким содержанием жиров и простых углеводов обедняет микрофлору кишечника; чтобы подержать разнообразие бактерий, нужно есть больше овощей, фруктов и кисломолочных продуктов. Исследование влияния диеты на вес, которое охватило 120 тысяч человек, показало, что главный продукт для похудения — это йогурт.
Микробы от депрессии
Эксперименты, изучающие влияние микрофлоры кишечника на психику людей, показывают, что депрессию и тревожное расстройство можно лечить с помощью пробиотиков — полезных бактерий. Ученые используют для их обозначения новое слово — психобиотики.
В исследовании иранских ученых пациенты с большим депрессивным расстройством получали добавки с бактериями или плацебо. В состав психобиотика входили Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus casei и Bifidobacterium bifidum. Через восемь недель у пациентов, которые принимали психобиотик, значительно улучшились показатели шкалы депрессии Бека (широко используемый тест для оценки депрессии) по сравнению с контрольной группой.
Японские ученые исследовали влияние кефира, содержащего штамм Shirota бактерии Lactobacillus casei, на психологическое состояние студентов-медиков во время сдачи важного экзамена. Они выяснили, что кефир нормализует уровень гормона стресса кортизола и повышает уровень серотонина. Кроме того, пробиотик уменьшает проявление недомоганий, связанных со стрессом, таких как простуда и боли в животе.
Эксперименты, изучающие влияние микрофлоры кишечника на мозг человека, пока находятся на раннем этапе, и обычно в них принимает участие небольшое количество людей, поэтому рано говорить об однозначно доказанной связи между деятельностью кишечника и психическим состоянием. Но первые исследования указывают на то, что изучение психобиотиков — перспективное направление. Пока не изобретена волшебная таблетка, помогайте своему кишечнику проверенными способами: ешьте йогурты, овощи и фрукты. Тогда бактерии не захватят пульт управления мозгом.
Манипулирует ли кишечный микробиом своим хозяином?
Почему микробиом влияет на поведение?
Локальное и системное воздействие кишечных микроорганизмов на поведение человека, влияние продуктов микробного метаболизма на функционирование мозга
Вступление
Таким образом, литература о паразитах учит нас тому, что демонстрация развитой манипуляции является экспериментально сложной задачей. Эта литература также делает эволюционные предсказания о том, когда следует ожидать манипуляций с хозяином. Здесь мы применяем эволюционную теорию манипуляций с паразитами 39,40 и взаимодействия хозяин-симбионт 41 (вставка 2) с микробиомом млекопитающих (рис. 1). Мы рассматриваем возможные пути, по которым естественный отбор мог привести к манипулированию хозяином кишечными микроорганизмами, и заключаем, что манипулирование поведением хозяина часто маловероятно. Мы исследуем другие эволюционные объяснения поведенческих эффектов симбионтов млекопитающих и предлагаем им модулировать поведение как побочный эффект естественного отбора на другие функции. В частности, соединения, влияющие на хозяина, могут возникать как побочный продукт естественного отбора микроорганизмов, чтобы конкурировать в пределах или контролировать местную среду. Наконец, хозяева могут эволюционировать, чтобы зависеть от микробных метаболитов для нормальной физиологической функции; следовательно, если микроорганизм, который продуцирует эти метаболиты, отсутствует, то может возникнуть поведенческая дисфункция.
Рис. 1. Эволюция микробного воздействия на мозг.
Стрелки обозначают потенциальные пути, по которым микроорганизмы могут влиять на поведение хозяина. Воздействие естественного отбора на представителей микробиоты показано синим цветом. Левая сторона захватывает микробные манипуляции, и в этом случае воздействие на хозяина увеличивает приспособленность микроорганизмов. Здесь ось микробиота-кишечник-мозг возникает как эволюционная адаптация микроорганизмов к воздействию либо на среду кишечника (локальная манипуляция физиологией хозяина), либо на поведение хозяина (глобальная манипуляция хозяином). Правая сторона изображает эволюцию микробных признаков, которые влияют на мозг без эволюции манипуляций. Например, эволюция метаболизма, используемого микробиотой для выживания и деления в кишечнике, может привести к образованию соединений, таких как метаболические отходы, которые влияют на поведение хозяина в качестве побочного эффекта. В этом случае соединения не приспособлены к воздействию на хозяина, и эффекты хозяина являются побочным продуктом. Эффекты, вызванные естественным отбором на хозяина, показаны фиолетовым цветом. Хозяин может эволюционировать в зависимости от микробиоты для выполнения определенных функций, включая обеспечение питательными веществами или созревание иммунной системы, так что отсутствие микробных видов приводит к сильным физиологическим эффектам и, возможно, поведенческим эффектам. Кроме того, ожидается, что естественный отбор предпочтет хозяев, которые используют микробиоту для предоставления информации о питании и здоровье таким образом, чтобы это влияло на поведение при кормлении, поиске пищи и болезни. Во всех случаях воздействие микробиоты может быть вызвано множеством механизмов, включая выработку нейроактивных химических веществ, которые затем запускают блуждающий нерв или перемещаются в мозг через кровь или лимфатическую систему или через воздействие на иммунную систему.
Вставка 1. Примеры паразитов, влияющих на поведение хозяина
