Microbiomul intestinal și chimia creierului: ce legături au descoperit cercetătorii

Bacteriile din intestin produc substanțe care pot influența organismul în multe feluri, inclusiv prin legătura dintre intestin și creier. Cercetătorii încearcă să afle dacă microbiomul intestinal are vreo legătură și cu substanțele chimice implicate în funcționarea creierului.

Nicola Johnstone, de la University of Roehampton, și Kathrin Cohen Kadosh, de la University of Surrey, din Marea Britanie, au analizat această posibilă legătură în cazul unui grup de femei tinere și sănătoase. Cercetătoarele au comparat informațiile obținute din probele de scaun cu nivelurile de GABA și glutamat – doi dintre principalii mesageri chimici folosiți de neuroni – din trei regiuni cerebrale.

Studiul, publicat în Molecular Psychiatry, a identificat mai multe asocieri între caracteristicile microbiomului și nivelurile celor două substanțe din creier. Rezultatele nu demonstrează însă că bacteriile intestinale modifică direct activitatea cerebrală. Autoarele au precizat că analiza este exploratorie și nu poate stabili o relație de cauză și efect.

La cercetare au participat inițial 83 de femei cu vârste între 17 și 25 de ani. Însă, analiza completă a microbiomului a putut fi realizată pentru 61 dintre ele, iar numărul măsurătorilor cerebrale valide a variat între 72 și 76, în funcție de regiunea examinată.

Probe de scaun și teste cerebrale

Participantele au fost examinate prin spectroscopie de rezonanță magnetică, o tehnică de rezonanță magnetică ce permite estimarea concentrației anumitor substanțe chimice într-o porțiune mică de țesut cerebral.

Cercetătorii au analizat trei regiuni ale creierului: două implicate în controlul cognitiv, atenție și emoții și o zonă care procesează informația vizuală, folosită pentru comparație. În aceste zone au fost estimate concentrațiile de GABA și glutamat și a fost calculat raportul glutamat/GABA.

În cel mult 48 de ore de la examinarea cerebrală, participantele au recoltat acasă și probe de scaun. Cercetătorii au analizat apoi ADN-ul bacteriilor din intestin pentru a identifica speciile prezente și genele pe care le poartă acestea.

Genele indică potențialul metabolic al bacteriilor

Din datele obținute au fost selectate 23 de procese legate de substanțe cu efect asupra sistemului nervos. Printre ele se numără producerea sau degradarea GABA și glutamatului, metabolismul triptofanului și formarea unor acizi grași cu lanț scurt.

Prezența genelor implicate în aceste procese arată ce transformări chimice pot declanșa bacteriile, dar nu și cât de intens au loc în organism. Pentru a afla cantitatea de GABA, glutamat sau alți compuși produși efectiv în intestin ar fi fost necesare măsurători separate.

Unele specii de Bifidobacterium și Lactobacillus sunt implicate în producerea GABA, iar bacterii precum Faecalibacterium prausnitzii și Roseburia participă la formarea acizilor grași cu lanț scurt rezultați din fermentarea fibrelor alimentare.

Cele mai numeroase asocieri au apărut în regiunea occipitală

În cortexul prefrontal dorsolateral, zonă importantă pentru controlul cognitiv și reglarea emoțiilor, a fost identificată o singură asociere, legată de producerea GABA. În cortexul cingulat anterior, care participă la atenție și la reglarea răspunsurilor emoționale, au apărut legături cu metabolismul glutamatului și cu producerea propionatului, un acid gras cu lanț scurt format de unele bacterii intestinale.

Cele mai multe asocieri au fost observate însă în girusul occipital inferior. Această regiune procesează în principal informația vizuală și fusese inclusă în studiu ca termen de comparație cu celelalte două zone.

Faptul că majoritatea corelațiilor au fost găsite tocmai în regiunea folosită ca punct de referință nu corespunde așteptărilor inițiale. Autoarele consideră că legătura dintre microbiom și substanțele măsurate în creier ar putea varia de la o zonă cerebrală la alta, dar datele disponibile nu permit deocamdată o concluzie clară.

Au fost analizate puține participante și foarte multe combinații între datele despre bacterii și măsurătorile cerebrale. În astfel de condiții, unele asocieri pot apărea pur întâmplător. Pentru a vedea dacă tiparul se repetă, ar fi nevoie de studii mai mari, realizate pe alte grupuri de participanți.

Axa intestin-creier implică mai multe mecanisme

Prin axa intestin-creier se înțelege ansamblul căilor prin care tractul digestiv și sistemul nervos comunică. GABA și glutamatul produse sau metabolizate de bacteriile intestinale nu trebuie neapărat să ajungă direct în creier pentru a influența comunicarea pe axa intestin-creier. Autorii consideră că asocierile observate ar putea fi explicate prin mecanisme indirecte, inclusiv semnalizarea prin nervul vag, răspunsurile imunitare sau acțiunea altor metaboliți bacterieni.

Legătura poate implica nervul vag, răspunsul imunitar și diferite substanțe produse de bacterii, care pot influența funcționarea intestinului și integritatea barierei hemato-encefalice.

Studiul nu a urmărit însă aceste mecanisme. Nu au fost măsurate, de exemplu, substanțele bacteriene din sânge și nici semnalele transmise prin nervul vag.

Chiar dacă asocierile dintre microbiom și nivelurile de GABA și glutamat vor fi confirmate, rămâne de stabilit prin ce mecanisme se produce această legătură.

Numărul mare de comparații crește riscul unor rezultate întâmplătoare

Cercetătorii au comparat 23 de funcții posibile ale microbiomului cu nivelurile celor doi neurotransmițători măsurate în cele trei regiuni ale creierului. Au fost făcute separat și analize privind anxietatea, anxietatea socială, simptomele depresive și calitatea somnului.

În raport cu numărul redus de participante, au rezultat foarte multe comparații statistice. În asemenea situații crește probabilitatea ca unele legături să apară întâmplător.

Autoarele au aplicat corecții statistice pentru a ține cont de acest efect. După aplicarea unor criterii statistice mai stricte, o parte dintre asocieri nu au mai fost suficient de solide.

Din acest motiv, semnalele identificate au nevoie de confirmare pe grupuri mai mari de persoane înainte de a putea fi considerate constante.

Analiza microbiomului

Cercetarea a pornit de la 83 de femei cu vârste între 17 și 25 de ani sănătoase, fără anxietate clinică sau boli digestive și care nu urmau diete restrictive. Secvențierea completă a probelor de scaun a reușit pentru 61 dintre ele. În cazul examinărilor cerebrale au existat date valide de la 72 până la 76 de participante, în funcție de regiunea analizată.

Informațiile provin din măsurătorile inițiale obținute în cadrul unui alt studiu clinic despre efectele prebioticelor asupra anxietății și microbiomului, folosite ulterior pentru noua analiză. Faptul că au fost incluse numai femei tinere și sănătoase a redus diferențele dintre participante, dar limitează posibilitatea de a generaliza concluziile la alte populații. Nu se știe dacă aceleași relații apar la bărbați, la alte vârste sau la persoane cu tulburări psihice ori digestive.

De asemenea, faza ciclului menstrual nu a fost luată în calcul, deși variațiile hormonale pot influența sistemul GABA. Nu au fost controlate nici alimentația din zilele dinaintea recoltării și nici ora la care au fost prelevate probele sau făcute examinările cerebrale.

Atât microbiomul, cât și unele măsurători din creier se pot modifica în funcție de acești factori. Într-un grup atât de mic, variațiile legate de ciclul menstrual, alimentație sau ora recoltării pot influența rezultatele și sunt mai greu de separat de efectele pe care cercetătorii încearcă să le măsoare.

Au apărut legături și cu anxietatea, depresia și somnul

Cercetătorii au comparat caracteristicile microbiomului și cu răspunsurile participantelor la chestionare despre sănătatea mintală și somn. Au apărut mai multe asocieri, dar nu întotdeauna în direcția la care s-ar fi așteptat pe baza cercetărilor anterioare.

De exemplu, o capacitate mai redusă a bacteriilor de a descompune GABA a fost corelată cu niveluri mai scăzute de anxietate. Procesele bacteriene implicate în metabolismul triptofanului au fost, de asemenea, legate de simptome depresive și de anxietatea socială.

În cazul propionatului, un acid gras cu lanț scurt produs de bacteriile intestinale, o capacitate mai mare de producere s-a asociat cu o calitate mai slabă a somnului. În plus, relația dintre propionat și măsurătorile cerebrale a avut sensuri diferite de la o regiune la alta.

Datele nu susțin, așadar, o interpretare simplă potrivit căreia stimularea anumitor bacterii sau creșterea producției unui anumit metabolit ar avea automat efecte benefice asupra creierului.

Autoarele subliniază că asocierile observate nu arată dacă microbiomul influențează creierul sau dacă relația are o altă explicație. Din aceste date nu se poate deduce nici că o anumită dietă, probioticele sau prebioticele ar modifica nivelurile de GABA ori glutamat din creier.

O alimentație variată și bogată în fibre are beneficii cunoscute asupra sănătății, dar studiul nu demonstrează că efectele asupra microbiomului se traduc și prin modificări ale acestor neurotransmițători.