Mikroplar ve Bedendeki Dahili İnternet / İkinci beyin Sesli Kitap 30

Mikroplar ve Bedendeki Dahili İnternet

Bağırsak mikropların gastrointestinal sistemin, bağışıklık sistemin, enterik sinir sistemin ve beyninle sürekli iletişim halindedir ve her işbirlikçi ilişkide olduğu gibi sağlıklı iletişim esastır. Son araştırmalar, bu iletişimin bozulmasının, iltihaplı bağırsak hastalığı ve antibiyotiklere bağlı ishal dahil olmak üzere sindirim kanalı hastalıklarına ve tüm zararlı sonuçlarıyla birlikte obeziteye yol açabileceğini ve depresyon, Alzheimer hastalığı ve otizm dahil olmak üzere birçok ciddi beyin hastalığının gelişiminde rol oynayabileceğini ortaya koymaktadır.

Beyin ile iletişim, farklı iletim modlarını kullanan birkaç paralel "kanalda" gerçekleşir. Bu, beyinle iltihap sinyalleri olarak iletişim kurabilen, hormonlar gibi kan yoluyla seyahat edebilen veya sinir sinyalleri şeklinde beyne ulaşabilen molekülleri içerir. Bu kanallar aracılığıyla iletişim tek başına gerçekleşmez; aralarında kapsamlı bir çapraz konuşma vardır. Bağırsak mikropların beyninin devam eden konuşmasını dinleyebilir ve bunun tersi de geçerlidir ve bağırsak mikroplarının beyninle iletişim kurmak için kullandığı biyolojik kanallar aracılığıyla bilgi akışı oldukça dinamiktir.

Bu sistemden geçmesine izin verilen bilgi miktarı büyük ölçüde bağırsak yüzeyini kaplayan ince mukus tabakasının kalınlığına ve bütünlüğüne, bağırsak duvarının geçirgenliğine (sızdırmazlığına) ve kan-beyin bariyerine bağlıdır. Normalde bu bariyerler nispeten sıkıdır ve bağırsak mikroplarından beyne bilgi akışı kısıtlanır. Ancak stres, enflamasyon, yüksek yağlı beslenme ve bazı gıda katkı maddeleri bu doğal bariyerleri daha sızdırmaz hale getirebilir.

Mikroplarının içinde ne yaptığını tam olarak kavramak için, bir an için çeşitli mikrobiyal iletişim kanallarını, evine internet hizmeti sağlayan fiber optik hat veya kabloya benzer bir bilgi kanalı olarak düşün. Bu kanal aracılığıyla iletilen bilgi miktarı değişkenlik gösterir. Bazı anlarda mikroplar nispeten küçük "metin belgeleri" yükleyecek ve iletilen bilgi miktarı az olacaktır; ancak diğer anlarda bir dizi büyük, bilgi yoğun video klip yükleyeceklerdir.

Ancak, bu iletişim sisteminin evindeki geniş bant hizmetinden farklı çalışma şekilleri vardır. İnternet sağlayıcınla yaptığın hizmet sözleşmesi, saniyede yükleyebileceğin veya indirebileceğin bilgi miktarını sınırlar. Başka bir deyişle, daha ucuz olan ekonomik plana mı yoksa daha pahalı olan lüks plana mı kaydolduğuna bağlı olarak sabit bir bant genişliğine sahip olursun. Buna karşılık bağırsak mikropların ve beynin arasındaki internet bağlantısı son derece dinamiktir; sanki çoğu zaman ekonomi planına sahipmişsin, ancak stresli olduğunda, örneğin bir Fransız restoranında kaz ciğeri mezesi ve bol tereyağında sotelenmiş dil balığı filetosu içeren bir akşam yemeği yedikten sonra hızlı bir şekilde lüks plana geçiyormuşsun gibi.

Mikrop dilinin iletişim kanallarına döndüğümüzde, bağırsak mikroplarının beyne sinyal göndermesinde bağışıklık sisteminin rolüne bakarak başlayalım. Bu mikrop-bağışıklık sistemi-beyin diyaloğunun gerçekleşebileceği çeşitli yollar vardır ve bağırsak mikrobu ile bağışıklık sistemi arasındaki değişen etkileşimlerin sonuçları son zamanlarda çok dikkat çekmiştir, çünkü bu karmaşık diyalogdaki bozukluklar birçok beyin hastalığına dahil edilmiştir.

İletişim yollarından biri, bağırsağın iç astarının hemen altında bulunan ve dendritik hücreler olarak bilinen özelleşmiş bağışıklık hücrelerini içerir. Dendritik hücreler bağırsağın iç kısmına uzanan "dokunaçlara" sahiptir ve burada bağırsak duvarının yakınında yaşayan bağırsak mikropları grubuyla doğrudan iletişim kurabilirler. Bu bağışıklık hücresi sensörleri ilk tespit hattıdır. Normal koşullar altında, bu hücre parçaları üzerindeki reseptörler - örüntü tanıma veya toll benzeri reseptörler (TLR'ler) olarak adlandırılır - iyi huylu mikroplardan gelen çeşitli sinyalleri tanıyarak bağışıklık sistemine her şeyin yolunda olduğunu ve savunma tepkisine gerek olmadığını garanti eder. Bağışıklık hücrelerimiz, yaşamın erken dönemlerinde çok çeşitli bağırsak mikroplarıyla etkileşimlerinden bu barış sinyallerini doğru bir şekilde yorumlamayı öğrenmiştir. Buna karşılık, zararlı veya potansiyel olarak tehlikeli bakteriler bu mekanizmalar aracılığıyla tespit edildiğinde, patojenleri kontrol altında tutmak için bağırsak duvarında iltihaplı reaksiyonlar dizisi olan doğuştan gelen bir bağışıklık tepkisini tetiklerler.

Son çalışmalar bağırsak yüzeyini koruyan mukusun bağırsak duvarındaki özelleşmiş hücreler tarafından üretildiğini ve iki katman halinde organize olduğunu göstermiştir: bağırsak duvarındaki hücrelere sıkıca yapışan ince, iç katman ve daha kalın ve yapışmayan dış katman. Bu iki şeffaf katman birlikte insan gözüyle neredeyse görünmezdir, sadece 150 mikron genişliğindedir veya bir insan saçının kalınlığının yaklaşık bir buçuk katıdır. İç mukus tabakası yoğundur ve bakterilerin nüfuz etmesine izin vermez, böylece epitel hücre yüzeyini bakterilerden uzak tutar. Buna karşılık, dış tabaka bağırsak mikroplarının çoğuna ve özellikle oruç tuttuğunda veya diyetinde daha az lif olduğunda mikroplar için önemli bir besin kaynağı görevi gören müsin adı verilen karmaşık şeker moleküllerine ev sahipliği yapar.

Mikroplar bağırsak iç yüzeyini kaplayan koruyucu mukus tabakasına nüfuz ettiğinde, hücre duvarlarındaki moleküller bağırsak iç yüzeyinin altındaki bağışıklık hücrelerinin aktivasyonunu tetikler ve bu hücreler de mikrobun tehlike oluşturup oluşturmadığına ya da ne derece oluşturduğuna bağlı olarak bağışıklık tepkisini düzenler. Bu moleküllerden biri -lipopolisakkarit veya LPS- bu mikrop-bağışıklık sistemi diyaloğunda özel bir öneme sahiptir. Gram-negatif organizmalar olarak adlandırılan bazı mikropların hücre duvarının bir bileşeni olan LPS, bağırsağın sızıntısını artırabilir ve böylece mikropların bağışıklık sistemine aktarılmasını kolaylaştırabilir.

Yaygın inanışın aksine, bağışıklık sisteminin bu tür tepkilerini tetiklemek için kötü bir bakteri veya virüs ile bağırsak enfeksiyonu gerekmez. Bununla birlikte, bilim insanlarının yakın zamanda keşfettiği gibi, beslenme şeklimiz ve bunun sonucunda bağırsak mikrobumuzun bileşiminde meydana gelen değişikliklerle ilgili başka mekanizmalar da devreye girmektedir. 

İlk olarak, yüksek hayvansal yağ içeren bir diyetle beslenen insanların bağırsaklarında bu tür gram-negatif bakterilerin ya da Firmicutes ve Proteobacteria'nın göreceli bolluğu artar ve bu nedenle bu bağışıklık aktivasyon mekanizmasını kronik olarak devreye sokma olasılıkları daha yüksektir. 

İkinci olarak, bitki bazlı lif oranı düşük bir diyet, bağırsaklarımızda Akkermansia muciniphilia adı verilen belirli bir mikroorganizmanın bolluğunu azaltır. Normal koşullar altında bu organizma, bağırsağımızın içini bağışıklık sistemimizden ayıran bariyerin bir parçası olan mukus tabakasının kalitesini ve kalınlığını düzenlemede önemli bir rol oynar (bariyerin diğer kısmı bağırsak duvarının kendisidir). Bakteri bunu bağırsaklarımızı kaplayan hücreler tarafından mukus üretimini uyararak yapar. Mukus tabakası ne kadar ince olursa, bağırsak mikropları bağırsağı kaplayan hücrelere o kadar yaklaşır, bağırsak o kadar sızdırır hale gelir ve bağırsak mikroplarının bağırsağın bağışıklık sistemini harekete geçirmesi o kadar kolaylaşır. Dolayısıyla, modern diyetin ayırt edici özellikleri olan aşırı diyet yağı ve büyük ölçüde azaltılmış diyet lifi alımı, bizi bağırsak lümenimizdeki trilyonlarca mikroorganizmadan ayrı tutan iki doğal bağırsak bariyerini (mukus tabakası ve bağırsak astarı) tehlikeye attığında, bağırsak mikropları veya sinyal molekülleri bağırsak astarını daha fazla sayıda geçebilir ve bağırsak bazlı bağışıklık sisteminin daha da fazla devreye girmesine neden olarak vücuda yayılabilen iltihaplı bir sürece neden olabilir. Bu süreç metabolik toksemi olarak adlandırılmaktadır.

Bağırsağın bağışıklık sistemi mikropları nasıl tespit ederse etsin, sitokin adı verilen bir dizi molekül üreterek yanıt verir. Belirli koşullar altında bu sitokinler, iltihaplı bağırsak hastalığında veya akut gastroenteritte olduğu gibi bağırsakta lokal tam gelişmiş iltihaplanmaya neden olabilir. Ancak sitokinler bağırsakta üretildikten sonra, bu sinyaller beyne de gönderilebilir. Örneğin, bağırsak-beyin bilgi otoyolu olan vagus sinirinin duyusal sinir terminallerindeki reseptörlere bağlanabilir ve beyindeki hayati bölgelere enerji seviyeni düşürebilecek, yorgunluk ve ağrı hassasiyetini artırabilecek ve hatta kendini depresif hissetmene neden olabilecek uzun mesafeli mesajlar gönderebilirler. Daha hafif derecedeki vagal enflamasyonda ise vagal sinir terminallerinin tokluk sinyallerine duyarlılığı azalır ve tam bir öğünden sonra yemek yemeni engelleyen normal mekanizmayı tehlikeye atar. Bu mekanizmaya müdahale genellikle yüksek diyetle yağ tüketimi olan hastalar için bir sorundur.

Alternatif olarak, sitokinler kan dolaşımına karışabilir, bir hormon gibi beyne gidebilir, kan-beyin bariyerini aşabilir ve beynin içinde mikroglial hücreler olarak adlandırılan bağışıklık hücrelerini aktive edebilir. Beynimizdeki hücrelerin çoğunluğu sitokinlere yanıt veren mikroglial hücreler olduğundan, bu durum beyni bağırsak-mikrobiyal-bağışıklık sistemi sinyalizasyonunun açık bir hedefi haline getirir. Bağırsaktan beyne giden bu tür uzun mesafeli bağışıklık sinyalleri, Alzheimer gibi nörodejeneratif hastalıkların gelişiminde rol oynamaktadır.

Mikroplar, bağışıklık sistemimizle ayrıntılı iletişim kurma yollarına ek olarak, metabolitlerini beyninle daha az dramatik, ancak aynı derecede hayati yollarla iletişim kurmak için de kullanırlar. Bağırsak mikropları oldukça çeşitli ve çok sayıdadır -bağırsakta her insan genine karşılık 360 mikrobiyal gen vardır- ve bizim sindiremediğimiz maddeleri sindirebilirler. Bu sayede, çoğu sindirim sistemimizin kendisinin üretmediği birkaç yüz bin farklı metabolit üretilir. Bu mikrobiyal metabolitlerin büyük bir kısmı kan dolaşımına karışır ve burada dolaşımdaki tüm moleküllerin yaklaşık yüzde 40'ını oluştururlar. Birçoğu nöroaktif olarak kabul edilir, yani sinir sistemimizle etkileşime girebilirler. Kalın bağırsak bu metabolitlerin bir kısmını emerek kan dolaşımına aktarır ve sızdıran bir bağırsağın varsa daha fazlası kan dolaşımına karışır. Metabolitler dolaşıma girdikten sonra, bir hormonun yaptığı gibi beyin de dahil olmak üzere vücudundaki birçok organa seyahat edebilir.

Mikrobiyal metabolitlerin beyne sinyal göndermesinin bir diğer önemli yolu da bağırsak duvarındaki serotonin dolu enterokromaffin hücreleridir. Bu hücreler, safra asidi metabolitleri ve tam tahıllı gevrek, kuşkonmaz veya en sevdiğin sebze yemeğinden gelen bütirat gibi kısa zincirli yağ asitleri de dahil olmak üzere çeşitli mikrobiyal metabolitleri tespit eden reseptörlerle doludur. Bu metabolitlerden bazıları enterokromafin hücrelerinde serotonin üretimini artırarak bu molekülün vagus siniri aracılığıyla beyne sinyal göndermesi için daha fazla kullanılabilir hale gelmesini sağlayabilir. Ayrıca uykunu, ağrı duyarlılığını ve genel refahını da değiştirebilirler. Hayvan deneylerinde, anksiyete benzeri ve sosyal davranışların gelişimini etkiledikleri gösterilmiştir. Ve meyve, tam tahıl ve sebze açısından zengin sağlıklı bir yemekten sonra kendini ne kadar iyi hissettiğinde ya da çok fazla yağlı patates cipsi veya bir sepet kızarmış tavuk yedikten sonra ne kadar kötü hissettiğinde rol oynayabilirler.