Когнитивная мощь бактерий, или как микробиота влияет на наш мозг

Цивилизованный мир привык считать, что какой-то там кишечник на функции мозга никак не влияет. Что называть причиной психических заболеваний неполадки в пищеварительном тракте могут только чокнутые парамедики. Однако к 90-м годам прошлого века выяснилось, что у нас в кишках живет большая часть микробиоты (всех микроорганизмов, населяющих человека внутри и на поверхности), что отношения головного мозга с микроорганизмами в кишках —  не просто сожительство, а чокнутые парамедики очень даже правы.

Отношения головного мозга с микроорганизмами в кишечнике - далеко не простое сожительство

Кратко

• В вашем кишечнике живет два литра чужеродной ДНК — ДНК бактерий. Она составляет большую часть микробиома (генетического материала микробиоты) и влияет на вашу собственную ДНК.
• Еще в вашем желудочно-кишечном тракте сосредоточена большая часть нервной системы, и некоторые ученые даже называют ее «вторым мозгом».
• Бактерии определяют качество связи «второго» и головного мозга и продуцируют ряд химических веществ, ответственных за образование новых нейронов, их коммуникацию и ваше психоэмоциональное состояние.  
• От состояния кишечных бактерий зависит и работа иммунной системы. Если она скособочена, вы рискуете заполучить хронические воспаления. Это очень, очень плохо для когнитивных способностей и повышает риск заполучить депресиию, Альцгеймер и много чего еще.
• Как именно работает эта сложная система и что значит «сбалансированная микробиота» — внутри статьи.
• Дрожжевые грибки, простейшие, вирусы, бактерии и прочие микробы, составляющие микробиоту человека, существуют на планете не первый миллиард лет (больше, чем мы) и за долгие годы эволюции они выработали поистине впечатляющую систему регуляции среды, в которой они живут (в данном случае — нас). К 2007-му году все так перепугались насчет влиятельности этой системы, что NIH (National Institutes of Health) даже запустил проект «Человеческий микробиом» как продолжение проекта «Геном человека» (микробиом — генетический материл всей микробиоты). Ученые поисследовали еще. И тогда все испугались еще сильнее.

Почти что ваша заслуга

Так уж вышло, что большая часть микробиоты не только сконцентрирована в кишке, но и состоит из кишечных бактерий. Именно они — ключевые герои в адаптационной игре микробосообщества. Как пишет невролог Дэвид Перлмуттер, автор знаменитой и полезной книжки «Еда и мозг», совокупная ДНК кишечных бактерий «возможно, оказывает более значительное влияние на ваше здоровье, чем ваша собственная».

Это он пишет не для эффекта. Ваш человеческий геном очень похож на геном любого соседа в метро — различаются только персональные настройки вроде цвета волос, группы крови и склонности топтаться по чужим ботинкам. А вот микробиомы у вас с соседом различаются, как Тарковский и Сарик Андреасян, даже если сосед вам однояйцевый близнец. Причем на каждый ваш, человеческий ген приходится примерно 360 генов микробов. Большая часть этого разнообразия, как вы уже поняли, относится к кишечным бактериям — у каждого из нас их около 10 тысяч разных видов (а некоторые специалисты дают цифру в 35 тысяч). Если вытащить их наружу, получится месиво почти с двухлитровую банку. Два литра разнообразной и чужеродной ДНК — неплохо для каких-то там микроорганизмов.

Прежде, чем мы расскажем, как именно эти два литра бактерий влияют на мозг, совершим экскурс в анатомию. Вы наверняка в курсе, что ЦНС — центральная нервная система — живет в головном и спинном мозге. А вот что вы знаете вряд ли: по стенкам вашего желудочно-кишечного тракта распласталась еще одна нейронная сеть — энтерическая нервная система. ЦНС и энтерическая системы формируются в эмбриональный период из одной и той же ткани, а синапсы в пищеварительном тракте образуют те же самые гены, что занимаются синапсами в мозге. Словом, системы — почти братья близнецы, разве что желудочная «создавалась», чтобы основной мозг не загружался лишними проблемами, и, в основном, рулит пищеварением. Но не только.

В ходе эволюции кишечный филиал так разросся, что стал перетягивать на себя одеяло: прямо сейчас 90% информации, отправляемой по блуждающему нерву (черепной нерв, связывающий энтерическую нервную систему и ЦНС), идет из кишечника в мозг, а не наоборот. Советуем это перечитать: 90% информации идет из кишечника в мозг. Не наоборот. Неудивительно, что группировку нервных клеток в слизистой желудка (а их там невероятно много) ученые прозвали «вторым мозгом». Добавьте к этому информацию о том, желудочно-кишечная нервная система может работать независимо от мозга или что 95% всего серотонина, того самого «нейромедиатора счастья», производится в желудке, и вы поймете, почему некоторые особо впечатлительные специалисты считают, что «второй мозг» не такой уж и второй.

Причем тут бактерии? Во-первых, они напрямую влияют на функции клеток вдоль блуждающего нерва. От их состояния зависит то, насколько бойко информация будет расходиться по нервной системе. Во-вторых, бактерии продуцируют ряд чертовски важных для мозга химических элементов. Например, BDNF (нейротрофический фактор мозга) — белок, который помогает новым нейронам образовываться, а старым — выживать и поддерживать синаптические связи. С низким уровнем BDNF связаны Альцгеймер, депрессия, шизофрения, эпилепсия и прочие малоприятные заболевания, ибо чем лучше работает ваша нейронная сетка, тем выше качество мышления, и наоборот. Ровно то же касается глутамата — нейромедиатора, который также поставляется кишечными бактериями и включается практически в работу почти всех функций мозга, включая обучение и запоминание.

Еще одна важная штука, даруемая нам кишечными бактериями — GABA. Не исключено, что зеленый чаек, известный своими  чудо-способностями по прочищению ума, назван в честь этой аминокислоты. Она стабилизирует работу ЦНС, помогает нам справляться со стрессом и играет роль нейромедиатора (по сути, GABA — это основной химический «почтовый голубь» мозга).

Бактерии продуцируют и другие вещества, близкие к обычным нейромедиаторам. Например, дофу, предшественник дофамина. С помощью них микроорганизмы, как подозревают ученые, общаются между собой, а попутно вызывают у своего носителя удовлетворение, агрессию, дискомфорт, бодрость и прочие радости.

Так бактерии напрямую регулируют настроение, восприятие мира и когнитивные способности, а от их состояния напрямую зависит психоэмоциональное и умственное здоровье их носителя. Например, мыши со стерильной микробиотой кишечника ведут себя рискованнее, гормон стресса кортизол у них подскакивает до небес, а BDNF падает, как рейтинги президента. А если пересадить бактерии пугливых подопытных более смелым собратьям и наоборот, произойдет рокировка — трусы превратятся в смельчаков, а Короли Львы — в осмотрительных домоседов. Да что уж там, если трансплантировать фекальную массу здорового человека, кишащую бактериями, пациенту с болезнью Крона (язва толстой кишки, доведенная до состояния, когда кишку пора вырезать и вставлять вместо нее трубку), пациент выздоровеет в почти 80% случаев. Последний пример относится уже к другой области — работе иммунной системы, в которой также замешаны бактерии и от которой зависит все и вся в нашем системно организованном организме.

Не просто воспаленная фантазия

Иммунная система — та самая штука, которой вам забивали голову в школе и которая защищает вас от злого внешнего мира, простуд и раковых клеток. Если она гиперактивна, у вас начинаются аллергии. Если она скособочена, то, как сумасшедший полковник, атакует белки собственного организма (именно так и образуются аутоиммунные заболевания). Словом, слаженно работающий иммунитет — гарантия быстрой и адекватной реакции на мир внутренний и внешний.

Сейчас будет сюрприз. 70-80% иммунитета всего нашего организма — это кишечно-ассоциированная лимфоидная ткань или GALT. Говоря проще, большая часть иммунитета сконцентрирована в кишечнике. Логика эволюции проста: после кожи кишечная стенка — это самое близкое к однородному пространству место и она первой сталкивается с новенькими веществами — добропорядочными и не очень. В толщину кишечная стенка — всего в одну клетку, и одной такой клетки достаточно, чтобы забить тревогу по всей иммунной системе, если кишке что-то не понравилось.

Эта хрупкая конструкция — единственное, что разделяет наш организм и скопище микробиоты с его собственными интересами. Например, 50-70% кишечных бактерий — грамотрицательные. Это значит, что от разрушения их защищает специальная макромолекула LSP, и для всего, кроме бактерий, LSP — токсичное вещество. При попадании в кровь она снижает уровень белка BDNF, о котором мы упоминали раньше. А также вызывает проблемы в обучении и с памятью (по крайней мере, у мышей). Повышенный уровень LSP связан с тяжелой формой аутизма.

У LSP вообще много вредительских функций, самая классная из которых — быстро и неотвратимо запускать воспаления. LSP не дает нам с ними справляться, повышая кишечную проницаемость (ситуация, когда межклеточные соединения, помогающие вам абсорбировать полезные вещества, не отличают нужное от ненужного. Ее еще называют синдромом дырявой кишки, который встречается часто, но все еще не получил строгого академического одобрения). При здоровом раскладе иммунные клетки кишечника вовремя замечают, что где-то в организме поселились вирус или инфекция и пошел воспалительный процесс. Тогда иммунная система получает наводку, концентрируется на месте аварии и решает проблему. А вот когда патогены не фиксируются как враги, воспаление прорастает вглубь и переходит в хроническое.

Мы рассказываем вам про воспалительный процесс не эрудиции ради. Современная неврология во всю кричит: в звериной доле случаев психические расстройства, головные боли, снижение когнитивных способностей, ожирение, такие болезни как аутизм, рак, склероз, Альцгеймер и прочий шлак провоцируют именно хронические воспаления. Например, чем больше маркеров воспалительного процесса у вас в крови, тем больше вероятность, что у вас обнаружится и депрессия, а антидепрессанты, как показывают исследования, могут быть эффективны не благодаря своим прямым функциям, а из-за способности тушить воспалительные процессы.

Одна из причин тому, что воспаления так страшны и ужасны, — их воздействие на митохондрии. Мы знаем их под личиной простых органелл, которые превращают углеводы в энергию, производя при этом беспощадные «свободные радикалы» (активные формы кислорода), о которых кричат с каждого угла. На ТВ-3 сказали бы о том, что кислород сгорает и убивает вас! В Cosmo мягко бы намекнули на окислительные процессы и морщинки. А мы добавим, что у митохондрий есть и другая личина, которую ученые открыли совсем недавно, — маленькие, но шустрые органеллы еще и управляют апоптозом (программа суицида отслуживших свое клеток). У каждого из нас некоторые клетки на 40% состоят только из митохондрий. Всего их у нас примерно по 10 миллионов (а это, на минуточку, 10% от массы тела).

Если митохондриальные функции не в порядке, вы не только получаете проблемы с беспощадными «свободными радикалами», но и разрушение здоровых клеток вместо тех, что пора отправить в утиль. В итоге, мрут нейроны, а когнитивные способности стремительно падают, как если бы вы старели и приближались к маразму в сотни раз быстрее обычного.

Бактериальный баланс важен во всей этой истории не только из-за LSP, но и потому, что информацию об инородных веществах, угрозах и прочих неполадках иммунные клетки кишечника получают от именно от бактерий. Расшатайте хрупкий инь-янь микробиоты, и GALT-клеточки перестанут хорошо работать и вы получите иммунную систему, неспособную вас страховать. Именно поэтому и здоровье митохондрий, чувствительных к воспалениям, как подростков к весне, напрямую зависит от кишечных бактерий (отдельные «отходы» этой микробратии даже могут воздействовать на митохондрии напрямую, минуя обширные системные сбои, вызванные хроническим воспалением).

Зафиксируем: кишечные бактерии (альфа и омега микробиоты) не только продуцируют массу жизненно необходимых мозгу веществ, но от их благополучия зависит работа всей иммунной системы и распространение или не-распространение воспаления, уничтожающего организм в щепки. Кроме того, бактерии поставляют нам массу питательных веществ, которые мы не умеем вырабатывать сами. Например, вегетарианцы справляются без «мясных» аминокислот именно потому, что микробы поставляют им достойные аналоги. До 20% всей энергии любители корешков и тофу получают от микробиоты, которую надо держать в узде.

Балансируй

Дэвид Перлмуттер, упоминаемый нами ранее, в книге «Кишечник и мозг» пишет о бактериальном балансе как о соотношении двух типов бактерий: Firmicutes и Bacteroidetes (это около 90% всех бактерий кишечника). Первые заточены на переработку «тяжелой» субстанции вроде сахара и углеводов в калории и абсорбируют жиры, а вторые обрабатывают растительные волокна и крахмал. Показатель F/B — это ваш тест на бактериальную ухоженность и общее здоровье.

Перегните в сторону Firmicutes и заполучите пристрастие к макдаку и булочным у дома (работает и наоборот). У страдающих ожирением, например, таких бактерий на 20% больше, чем у подтянутых, а сам кишечный микробиом крайне однообразен. Дело в том, что Firmicutes участвуют в управлении генами, ответственными за метаболизм. У людей с ожирением F влияют на экспрессию ДНК так, что мозг включает режим накопления калорий. Перекос в сторону F также коррелирует с диабетом, заболеваниями сердечно-сосудистой и Альцгеймером. Мы пишем именно про бактерии Firmicutes, так как у среднестатистического европейца микробиота засоряется именно ими, в отличие от, например, жителей Эфиопии или Судана, которые больше питаются растительной пищей и, живя в антисанитарных условиях, чаще контактируют с большим количеством микробов (а значит, вырабатывают более разнообразную микробиоту). А еще — больше двигаются.

Ирландские ученые, проанализировав микробиоты профессиональных футболистов и обычных здоровых мужчин, выявили: в кишках спортсменов куда больше разнообразия. Прочие исследования также показывают, что физнагрузка меняет соотношение F/B в лучшую сторону.

Как уже поняли, три ключевых фактора, влияющих на баланс микробиоты — это физнагрузки, активные контакты со средой и, самое главное, богами ниспосланное нам правило жизни, которое все мы так любим игнорировать, — правпит. Мы не упоминаем про генетику и, скажем, способ рождения, который неожиданно сильно определяет состояние микробиоты, так с помощью адекватной заботы о себе последствия перекосов можно выправить. Всех интересующихся деталями отсылаем ко второй части книги Перлмуттера «Кишечник и мозг», где разъясняется, что вредит вашей микробиоте, а что ее радует, даются иллюстративные примеры того, как пациенты выращивали когнитивные суперсилы и купировали СДВГ, депрессию, тревожность, вылечивали хроническую усталость, бессонницу и много чего еще, просто изменив питание, и даже дается мини-кулинарная книга с рецептами вплоть до гиперполезного чайного гриба.