Tarmmikroorganismer og neurologiske sygdomsperspektiver, del 1

Mave-tarmkanalen hos ethvert sundt menneske består af et unikt sæt tarmmikrobiota, der tilsammen huser et mangfoldigt og komplekst samfund af over 100 billioner mikroorganismer, herunder bakterier, vira, arkæer, protozoer og svampe.

Archaea er en klasse af prokaryoter, der har eksisteret i milliarder af år i geografisk historie. I de senere år har forskere studeret archaea dybere og opdaget deres magi. Blandt dem er det mest overraskende forholdet mellem archaea og hukommelse.

Som vi alle ved, er hukommelse en væsentlig menneskelig hjernefunktion. Hvis vi mister vores hukommelse, bliver det meget svært. Men vidste du det? Archaea kan fremme menneskelig hukommelse.

Undersøgelser har vist, at archaea kan producere et stof kaldet "lysergic acid", som kan stimulere aktiviteten af ​​hjerneneuroner og fremme menneskets hukommelse. Lyserginsyre kan også påvirke frekvensen af ​​hjernebølger og forbedre hukommelsen og indlæringsevnen ved at ændre hjernens rytme.

Derudover kan archaea også forbedre vores humør og søvnkvalitet. En sund krop og følelsesmæssig tilstand er vigtige forudsætninger for at bevare hukommelsen.

For at opretholde en sund hjerne og en stærk hukommelse kan vi derfor forebygge og behandle ved at indtage fødevarer rig på arkæa. Fødevarer som yoghurt og fermenterede sojaprodukter er rige på archaea. Derudover kan vi nogle gange også finde archaea-ingredienser i helseprodukter.

Sammenfattende er der en tæt sammenhæng mellem archaea og hukommelse. Ved korrekt at indtage fødevarer rig på Archaea, kan vi opretholde en sund hjerne og en stærk hukommelse, hvilket gør vores liv bedre. Det kan ses, at vi skal forbedre vores hukommelse, og Cistanche kan forbedre hukommelsen markant, fordi Cistanche er et traditionelt kinesisk medicinsk materiale med mange unikke effekter, hvoraf den ene er at forbedre hukommelsen. Virkningen af ​​Cistanche kommer fra de forskellige aktive ingredienser, den indeholder, herunder garvesyre, polysaccharider, flavonoidglykosider osv. Disse ingredienser kan fremme hjernens sundhed på mange måder.

Klik på kend 10 måder at forbedre hukommelsen på

Tarmmikrober har et symbiotisk forhold til vores krop. Mikrobiotaens sammensætning formes tidligt i livet af tarmmodning, som er påvirket af flere faktorer.

Tarmbakterier er afgørende for at opretholde immun og metabolisk homeostase og beskytte mod patogener. Dysbiose af tarmmikrobiota er ikke kun forbundet med tarmsygdomme, men også med ekstraintestinale sygdomme såsom metaboliske og neurologiske lidelser.

I denne gennemgang undersøgte forfatterne forskellige undersøgelser, der har afsløret de mulige hypoteser og sammenhænge i udviklingen af ​​neurologiske lidelser forbundet med tarmmikrobiomet.

Første udkast indsendt: 30. november 2020; Accepteret til offentliggørelse: 20. maj 2021; Udgivet online: 14. juli 2021.

Nøgleord: Alzheimers sygdom • angst • autismespektrumforstyrrelse • tarm-hjerneakse • tarmmikroorganismer• mikrobiom • multipel sklerose • neurologisk sygdom • Parkinsons sygdom • skizofreni.

Tarmmikroorganismer, der findes i den menneskelige mave-tarmkanal (GI) er en væsentlig del af menneskelig udvikling, da de tjener som den største grænseflade mellem værten, miljøfaktorer og antigener i den menneskelige krop.

Antallet af tarmmikrober i vores tarme overstiger 1014, alle dedikeret til at danne et gensidigt fordelagtigt forhold (symbiose) med kroppen. Bakterierne, arkæerne og eukaryoterne, der bor i mave-tarmkanalen, gavner mennesker på flere måder via en række fysiologiske funktioner, såsom at styrke tarmens integritet eller forme intestinalepithelium, regulere værtsimmunitet, beskytte mod patogener, høste energi og levere næringsstoffer såsom vitaminer [1] .

Dette symbiotiske forhold er et resultat af flere miljøfaktorer, der opstår under kontakt mellem fosteret og vaginal mikrobiota under fødslen [2]. Tarmmikroorganismer spiller vigtige roller inde i menneskekroppen, som hjælper med korrekt vækst og udvikling.

Historisk set blev tarmmikroorganismer betragtet som velsignelser for mennesker som et resultat af disse gavnlige sundhedseffekter.

Imidlertid har nyere undersøgelser overraskende vist, at tarmmikrober har en effekt på sygdomme i centralnervesystemet (CNS) på grund af den tovejskommunikation mellem tarmmikrobiomet og CNS kendt som mikrobiota-tarm-hjerne-aksen, og de kan også påvirke hjernens overordnede udvikling og funktion.

Neuroudviklingsmæssige, neurodegenerative og psykiatriske lidelser er relateret til ændringer i mængden af ​​tarmflora. Som følge heraf er en sammenhæng mellem en række tarmmikroorganismer og de mest udbredte former for neurologiske sygdomme (f.eks. Alzheimers sygdom [AD], multipel sklerose [MS], skizofreni) blevet identificeret for nylig.

Selvom tarmmikroorganismers mekanismer og roller i udviklingen af ​​disse sygdomme er dårligt forstået, har flere nyere undersøgelser foreslået forskellige mulige hypoteser, der forklarer, hvordan tarmmikroorganismer kan påvirke deres udvikling [3,4].

Denne gennemgang giver en omfattende undersøgelse af tarmmikroorganismer og deres udvikling samt deres roller i den menneskelige krop og involvering i neurologiske sygdomme, herunder opdaterede hypoteser om mikrobiel patogenese i neurologiske sygdomme.

Sammensætning og mangfoldighed af tarmmikroorganismer

Tarmmikrobiotaen er sammensat af flere arter af mikroorganismer, herunder bakterier, gær og vira.

Sammensætningen af ​​tarmmikrober udvikler sig gennem hele vores liv i henhold til anatomiske, kost- og ernæringsmæssige ændringer (f.eks. mager, overvægtige, anorektiske) såvel som patologiske (systemiske og gastrointestinale infektioner), miljømæssige (f.eks. klima, arbejdsplads, livsstil, familiær sammensætning) og farmakologiske (f.eks. brug af antibiotika, probiotika, afføringsmidler, prokinetik) faktorer [5].

Den menneskelige mikrobiota indeholder komponenter såsom archaea, vira, svampe, gær og andre eukaryoter (f.eks. Blastocystis og Amoebozoa), som er blevet forsømt i forskningen, og information om kommensale svampe, archaea og protozoer er også knappe [5,6] .

Ifølge taksonomi kan bakterier klassificeres i phyla (i biologi er en phylum [plural phyla] et klassifikationsniveau eller taksonomisk rang under rige og over klasse), klasser, ordener, familier, slægter og arter [7].

Den dominerende tarmmikrobielle phyla består af Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria og Verrucomicrobia, hvor 90% af tarmmikrobiotaen består af de to phyla Firmicutes og Bacteroidetes.

Thephylum Firmicutes er sammensat af mere end 200 forskellige slægter, herunder Lactobacillus, Bacillus, Clostridium, Enterococcus og Ruminococcus, hvor 95% af phylum består af slægten Clostridium.

De dominerende slægter, der omfatter Bacteroidetes, omfatter Bacteroides og Prevotella, hvorimod Actinobacteria phylum er mindre udbredt i forhold og primært repræsenteret af slægten Bifidobacterium.

Tarmmikrobiotaen er karakteriseret ved klynger af bakterier kaldet enterotyper, og tre enterotyper er karakteriseret ved tre dominerende bakterieklynger: Bacteroides (enterotype I), Prevotella (enterotype II) og Ruminococcus (enterotype III).

Enterotype I henter primært energi fra kulhydrater ved hjælp af glykolyse- og pentosephosphatveje, hvorimod enterotype II og III kan nedbryde mucinglykoproteiner i tarmslimhindelaget [8,9].

I hver del af mave-tarmkanalen varierer den menneskelige tarmmikrobiota taksonomisk og funktionelt og varierer i det samme individ afhængigt af spædbørns overgange, alder og miljøfaktorer såsom brug af antibiotika. Intestinale bakteriofager er blevet opdaget at være hovedbestanddelen af ​​tarmviromet – udgør omkring 90% af dets sammensætning, efterligner væksten af ​​bakteriel mikrobiota hos spædbørn, og menes at forblive stabil i voksenlivet [10].

Blandt generne, der er konserveret under intestinal viral udvikling, høster nogle energi til aktiviteter såsom kulhydrattransport og nedbrydning [11-13].

Disse egenskaber er almindeligvis vist af diæt-afledte vira fra planter, der besidder evnen til at kontrollere menneskelig bakteriel mikrobiota eller værtsmetabolisme, herunder proteinsyntese og kulhydratsyntese og nedbrydning [14].

Interessant nok har nye metagenomiske metoder gjort det muligt for os at identificere sammensætningen af ​​tarmviromet og har vist os, at tarmen er befolket af en række patogener. Patogener såsom Norwalk, Rotavirus og Enterovirus er ansvarlige for gastroenteritis, da de direkte beskadiger enterocytter eller ændrer ion- og vandsekretion i tyktarmen.

Derudover er der også fundet en stor liste over uopdagelige kæmpevira (som følge af protozoer og parasitter) og planteafledte vira og bakteriofager [15,16].

Tarmmikrobiomsamfundet domineres hovedsageligt af bakterier, og som følge heraf har forskning i sammensætningen af ​​tarmmikrober traditionelt været fokuseret på bakterier. Men for nylig har nye undersøgelser afsløret tilstedeværelsen af ​​andre mikrober, der kan have stor indflydelse på både sundhedsfremme og sygdomsinduktionsværter.

Det er således også vigtigt at udføre undersøgelser af forsømte mikrober for at lære mere om eventuelle patogener i neurologiske og andre sygdomme.

Tarmmikroorganismers rolle i den menneskelige krop

Tarmmikroorganismer spiller en meget afgørende rolle i sundheden ved at udføre forskellige funktioner, der er nødvendige for kroppens vækst og udvikling. Omvendt kan en ubalance mellem disse mikrober føre til mange sundhedsrelaterede sygdomme eller lidelser.

Mikroorganismer og deres metabolitter

Millioner af bakterier, der findes i tarmen, påvirker værtens homeostase. Mikrobiotaen etablerer et symbiotisk og gensidigt forhold til værten, hvilket indebærer, at både værten og bakterierne er afhængige af hinanden for at overleve.

Mikrobiomet er ansvarligt for at levere essentielle næringsstoffer; syntetisering af vitaminer, enzymer og aminosyrer; metaboliserende xenobiotika og lægemidler; fordøje cellulose; udførelse af angiogenese; forbedring af den enteriske nervefunktion (tabel 1) [17-20]; og syntetisering af kortkædede fedtsyrer (SCFA'er), som omfatter metabolitter som butyrat, propionat og acetat [21].

Kolonorganismer som Bacteroides, Roseburia, Bifidobacterium og Enterobacteriaceae er involveret i fermenteringen af ​​kulhydrater og ufordøjelige oligosaccharider, hvilket resulterer i syntesen af ​​SCFA'er, hvilket forbedrer tarmsundheden [22,23].

Bacteroides thetaiotaomicron, et medlem af slægten Bacteroides, er også involveret i kulhydratfermentering [24]. B thetaiotaomicron har vist sig at udvise større ekspression af colipase, et enzym, der kræves af pancreatisk lipase til lipidfordøjelse [25].

Bacteroidetes og Firmicutes hjælper med metabolismen af ​​ufordøjede madrester. Lactobacillus plantarum opretholder integriteten af ​​tarmbarrieren og forhindrer indtrængen af ​​tarmbakterier, bakterielle toksiner, delvist fordøjede fedtstoffer og proteiner i blodbanen og forhindrer dermed de karakteristiske symptomer på en utæt tarm i at opstå [26].

En utæt tarm eller beskadiget tarmslimhinde ville ellers tillade ufordøjede madpartikler, giftige affaldsstoffer og bakterier at lække gennem tarmene og trænge ind i blodbanen, hvilket inducerer en immunreaktion, forårsager systemomspændende inflammation og gør en person modtagelig for flere helbredstilstande lidelser.

Nylige undersøgelser i mus har vist, at SCFA'er – især butyrat – øger integriteten af ​​tarmbarrieren [21]. Mikrobiotaen beskytter værten ved at forhindre etablering og vækst af patogener.

Beskyttelseseffekten implementeres via forskellige mekanismer. For eksempel konkurrerer tarmbakterierne om at binde sig til børstekanten af ​​tarmepitelceller, hvilket forhindrer vedhæftning og indtræden af ​​morbiske bakterier i epitelcellerne [31].

Desuden konkurrerer tarmmikroberne om næringsstoffer leveret af værten, hvilket hæmmer væksten af ​​patogene konkurrenter. Derudover hæmmer bakteriociner produceret af tarmmikrobiota væksten af ​​patogene bakterier [32,33].

Mikrobiotaen påvirker også udviklingen af ​​CNS via produktionen af ​​neurotransmittere og neuromodulatorer, og dens fravær er forbundet med mange problemer relateret til CNS-udvikling [34].

Medlemmer af slægterne Lactobacillus og Bifidobacterium syntetiserer gamma-aminosmørsyre (GABA); Escherichia, Bacillus og Saccharomyces syntetiserer norepinephrin; Candida, Streptococcus, Escherichia og Enterococcus syntetiserer serotonin; Bacillus og Serratia syntetiserer dopamin; og Lactobacillus syntetiserer acetylcholin [27].

Medlemmer af slægten Bacteroides syntetiserer konjugeret linolsyre, som har antidiabetiske, antiaterogene, antiobesogene, hypolipidæmiske og immunmodulerende egenskaber [28,29].

Metabolisme af flere diætproteiner skyldes interaktionen mellem værten og tarmmikrobiotaen, som hver udfører respektive metaboliske funktioner; for eksempel omdanner det bakterielle enzym histamin decarboxylase L-histidin til histamin [35]. Bakterier kan også syntetisere aminosyrer, der skal bruges af værten; denne funktion afhænger dog i høj grad af mikrobiotaens aminosyreudnyttelsesrolle.

Tarmmikrobiotaen deltager også i nedbrydningen af ​​diætpolyfenoler (f.eks. flavanoler, flavanoner, flavan3-oler), som forbliver inaktive, når de indtages. Bacteroides distasonis, Bacteroides uniformis, Enterococcus casseliflavus og Eubacterium ramulus fordøje flavanoler; Butyrivibrio spp.

fordøje tanniner, især tranebær- og hindbærpolyfenoler; Clostridium orbiscindens og Enterococcus avium fordøje flavoner; og L plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus og Bifidobacterium longum fordøjer anthocyanidiner [30].

Det skal også bemærkes, at sammen med flere fordele involverer proteinfermentering produktionen af ​​visse metabolitter, der kan forårsage flere fysiologiske defekter i værten. Tarmmikrobiotaen bidrager også til xenobiotisk metabolisme.

Xenobiotika er fremmede forbindelser, der ikke produceres af værten selv, men omtales som lægemidler, miljøgifte og toksiner. Tarmmikrober styrer xenobiotisk metabolisme via to forskellige mekanismer, direkte og indirekte, afhængigt af kost og livsstilsfaktorer [36].

Tarmmikrober inducerer xenobiotisk metabolisme gennem inaktivering af xenobiotiske metabolitter, bioaktivering af xenobiotiske precursorer, reaktivering af værtsafgiftet xenobiotisk metabolisme eller ændret ekspression af værtens intestinal permeabilitet.

Tarm-hjerne-aksen

Interaktionen mellem tarmen og hjernen afslører en fysiologisk forbindelse mellem dem, der sikrer etableringen af ​​gastrointestinal homeostase samt opretholdelsen af ​​kognitive og limbiske funktioner.

Samarbejdsforholdet mellem CNS, det autonome nervesystem (ANS), det enteriske nervesystem (ENS) og hypothalamus-hypofyse-binyreaksen (HPA) i kroppen omtales som 'tarm-hjerne-aksen'.

Interaktionen involverer direkte og indirekte ruter mellem hjernens kognitive og følelsesmæssige centre og perifere tarmfunktioner.

Tarm-hjerneaksen er en kombination af de sympatiske og parasympatiske arme af ANS, som driver henholdsvis afferente og efferentneurale signaler, der forbinder tarm-hjerne-aksen.

Eksperimentelle beviser indikerer, at tarmmikrobiotaen har en betydelig indflydelse på tarm-hjerne-aksen, og at dysregulering af tarmmikrobiomet kan føre til udvikling af immunologiske, neurologiske og psykiatriske lidelser [37-40].

En ubalance i sammensætningen af ​​tarmmikrobiota er også forbundet med gastrointestinale lidelser.

For more information:1950477648nn@gmail.com