Mikroflora jelitowa odgrywa ważną rolę w utrzymaniu zdrowia, a brak równowagi w składzie i funkcji mikroorganizmów jelitowych, znany jako dysbioza, wiąże się z negatywnymi skutkami zdrowotnymi.

Ponadto istnieje dwukierunkowa komunikacja między mikroflorą jelitową a mózgiem. Mikroflora jelitowa może zmieniać funkcje mózgu, działając na szlaki neuronalne, modulując układ odpornościowy lub wytwarzając przekaźniki chemiczne.

Konsekwentnie, badania pokazane że brak równowagi mikroflory jelitowej jest związany ze stanami neurodegeneracyjnymi, w tym chorobą Alzheimera, stwardnieniem rozsianym i chorobą Parkinsona.

Choroba Parkinsona jest postępującą chorobą mózgu charakteryzującą się niekontrolowanymi lub nieskoordynowanymi ruchami. Oprócz deficytów ruchowych, chorobie Parkinsona towarzyszą również objawy żołądkowo-jelitowe, takie jak zaparcia i zaburzenia bariera jelitowa funkcjonować.

Kilka badań wykazało, że oś jelita-mózg może przyczynić się do rozwoju choroby Parkinsona. Ponadto wysunięto hipotezę, że choroba Parkinsona może pochodzić z jelit, a następnie przemieszczać się do mózgu.

Badania na ludziach i zwierzętach dostarczyły dowodów na poparcie tej hipotezy, ale dane nie są jeszcze rozstrzygające.

Powstawanie nieprawidłowych agregatów białka alfa-synukleiny w istota czarnaregion mózgu zaangażowany w kontrolę motoryczną, odgrywa rolę w rozwoju choroby Parkinsona.

Badania obrazowe na ludziach wykazały, że alfa-synukleina może rozprzestrzeniać się z jelit do mózgu w niektórych przypadkach choroby Parkinsona.

Ponadto dane epidemiologiczne sugerują, że chirurgiczne usunięcie nerwu błędnego, który przewodzi informacje między mózgiem a jelitami, może redukować ryzyko choroby Parkinsona.

Ponadto badanie na modelu choroby Parkinsona na gryzoniach wykazało, że myszy wolne od drobnoustrojów pozbawione mikroflory jelitowej pokazać złagodziły objawy podobne do choroby Parkinsona, takie jak deficyty motoryczne i zapalenie mózgu, niż myszy z normalną mikroflorą jelitową.

Badania te sugerują potencjalną rolę mikroflory jelitowej w rozwoju choroby Parkinsona.

W badaniach zbadano również skład mikrobiomu jelitowego osób z chorobą Parkinsona przy użyciu próbek kału i zaobserwowano brak równowagi w mikrobiomie jelitowym.

Jednak wyniki tych badań były niespójne, a drobnoustroje jelitowe odpowiedzialne za dysbiozę różniły się w zależności od badania.

W większości badań wykorzystano metodę tzw Sekwencjonowanie genu 16S rRNAktóry identyfikuje mikroorganizmy jelitowe na podstawie różnic w genie kodującym rybosomalny RNA 16s.

Jednak ta metoda w większości przypadków pozwala jedynie na identyfikację rodzaju, ale nie gatunku mikroorganizmów jelitowych. Co więcej, sekwencjonowanie 16S rRNA nie zapewnia żadnego wglądu w skład genetyczny mikroorganizmów, a tym samym ich profil funkcjonalny.

Shotgun sekwencjonowanie metagenomiczne jest nowszą techniką, która ułatwia identyfikację zarówno rodzaju, jak i gatunku mikroflory jelitowej.

Sekwencjonowanie metagenomiczne shotgun polega na rozbiciu DNA wszystkich mikroorganizmów w próbce na małe fragmenty, a następnie sekwencjonowaniu każdego fragmentu.

Sekwencje te można następnie analizować za pomocą istniejących baz danych w celu identyfikacji taksonów i gatunków mikroorganizmów w próbce oraz funkcji genów kodowanych przez te mikroorganizmy.

W niniejszym badaniu naukowcy wykorzystali sekwencjonowanie metagenomiczne strzelby, aby zbadać związek między mikrobiomem jelitowym a chorobą Parkinsona.

Wykorzystali próbki kału pobrane od 490 osób z chorobą Parkinsona i 234 uczestników bez chorób neurologicznych.

Ponad połowa uczestników neurologicznie zdrowej grupy kontrolnej była małżonkami osób z chorobą Parkinsona, minimalizując w ten sposób potencjalny wpływ czynników środowiskowych na mikrobiom jelitowy.

Naukowcy odkryli, że liczebność około 30% gatunków i rodzajów u pacjentów z chorobą Parkinsona różniła się od osób zdrowych neurologicznie.

Naukowcy zbadali również korelację między obfitością mikroorganizmów jelitowych. Dodatnia korelacja między dwoma drobnoustrojami sugerowałaby jednoczesny wzrost lub spadek liczebności obu gatunków.

Natomiast ujemna korelacja wskazywałaby na konkurencję między dwoma gatunkami, przy czym liczebność jednego gatunku wzrasta, a liczebność drugiego maleje.

Naukowcy byli w stanie zidentyfikować kilka skupisk mikroorganizmów jelitowych na podstawie obecności korelacji między obfitością gatunków.

W jednym ze skupisk liczebność czterech gatunków Paciorkowiec był podwyższony w chorobie Parkinsona, podczas gdy w kolejnych czterech Paciorkowiec gatunek został zredukowany.

Co więcej, obfitość jednego z wywyższonych Paciorkowiec gatunek był ujemnie skorelowany z gatunkiem innego Paciorkowiec gatunek. Sugeruje to, że bardziej obfite Paciorkowiec gatunki hamowały wzrost innych Paciorkowiec gatunek.

Odkrycia te pokazują zmienność liczebności gatunków należących do tego samego rodzaju i podkreślają zdolność sekwencjonowania metagenomicznego strzelby do identyfikacji dynamiki między różnymi gatunkami należącymi do tego samego rodzaju.

Jeden z klastrów obejmował gatunki bakterii jelitowych, których liczebność wykazywała największy wzrost zachorowalności na chorobę Parkinsona i obejmowała bakterie należące do rodzajów Bifidobakterie oraz Lactobacillus.

W przeciwieństwie do tego bakterie jelitowe, które wytwarzają krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe po rozpadzie niestrawnego błonnika, wykazywały mniejszą liczebność w chorobie Parkinsona i również tworzyły odrębną grupę.

W szczególności badania wykazały, że mniejsza liczebność bakterii wytwarzających krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe i podwyższona liczebność Bifidobakterie oraz Lactobacillus gatunków są związane z zaburzeniami obejmującymi zapalenie jelit.

Naukowcy zidentyfikowali również dwa skupiska u pacjentów z chorobą Parkinsona, które obejmowały podwyższony poziom patogenów oportunistycznych. Te drobnoustroje są pożyteczne lub nieszkodliwe w normalnych warunkach, ale w pewnych okolicznościach mogą powodować infekcję, na przykład przy osłabionym układzie odpornościowym.

Wyniki te wskazują na wzrost patogennych mikroorganizmów i gatunków bakterii związanych ze stanem zapalnym w jelitach pacjentów z chorobą Parkinsona.

Naukowcy zidentyfikowali również szlaki metaboliczne i geny, które były nadreprezentowane w mikrobiomie jelitowym choroby Parkinsona.

Chociaż kilka z tych szlaków nie było specyficznych dla choroby Parkinsona, zidentyfikowano inne szlaki, które, jak wykazały wcześniejsze badania, zostały zmienione w modelach zwierzęcych tej choroby.

Analiza ujawniła wzbogacenie gatunków, genów i szlaków związanych ze zwiększonym stanem zapalnym u gospodarza. Ponadto nastąpiła redukcja gatunków i szlaków zaangażowanych w rozkład niestrawnego błonnika pokarmowego, ale wzrosła liczba gatunków zaangażowanych w rozkład białek.

Wśród regulowanych w górę szlaków metabolizmu białek znalazły się m.in szlak treoninowy. Szlak treoninowy może rozkładać białka pochodzące z diety lub gospodarza.

Mucyna, białko tworzące warstwę ochronną bariera śluzowa jelit, może być również degradowany przez szlak treoninowy. Zatem upośledzona bariera śluzowa jelit spowodowana przewagą mikroorganizmów wykorzystujących szlak treoninowy może zwiększyć przepuszczalność jelit i ryzyko zapalenia.

Drobnoustroje jelitowe mogą również wytwarzać i metabolizować neuroprzekaźniki, a tym samym potencjalnie modulować szlaki neuronalne osi jelitowo-mózgowej.

Naukowcy odkryli, że gatunki drobnoustrojów i szlaki związane z metabolizmem neuroprzekaźników, takich jak serotonina, dopamina i glutaminian, były rozregulowane u pacjentów z chorobą Parkinsona. Warto zauważyć, że osoby z chorobą Parkinsona wykazują zmiany w poziomach tych neuroprzekaźników.

The białkowe curry wytwarzane przez niektóre gatunki bakterii mogą prowadzić do gromadzenia się białko alfa-synukleina i zapalenie w modelach zwierzęcych choroby Parkinsona.

W obecnym badaniu naukowcy odkryli zwiększoną liczbę gatunków i szlaków, które mogą wytwarzać białko curli.

Podobnie zmniejszyła się liczebność gatunków bakterii i szlaków wytwarzających trehalozę i nikotynamid, które chronią układ nerwowy, a wzrosła liczba tych, które wytwarzają toksyny.

Jednak modele zwierzęce chorób neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona, nie wykazują wszystkich cech charakterystycznych dla tego schorzenia. Rodzi to pytania o ważność wyników uzyskanych z tych modeli.

Opisane powyżej zmiany w szlakach metabolicznych powiązano z modelami zwierzęcymi choroby Parkinsona i potwierdzają one wyniki tych badań przedklinicznych.

Dr Robert Friedland, neurolog z University of Louisville, nie zaangażowany w to badanie, skomentował Wiadomości medyczne dzisiaj że:

„Ta praca jest jak dotąd najbardziej znaczącym i wszechstronnym badaniem mikroflory i choroby Parkinsona. Badanie potwierdza, w dużej populacji, różnice w drobnoustrojach jelitowych [Parkinson’s disease] badanych i wyjaśnia, w jaki sposób zmiany w jelitach mogą prowadzić do choroby”.

„Najbardziej obiecujące jest to, że stosunkowo łatwo jest zmienić nasze bakterie jelitowe” – zauważył dr Friedman. „Ta grupa i inni badają sposoby leczenia chorób mózgu, takich jak choroby neurodegeneracyjne – choroba Alzheimera, choroba Parkinsona i ALS – za pomocą metod leczenia, które zmieniają bakterie i ich aktywność metaboliczną”.

„Ta ścieżka pozwala na ukierunkowanie terapii na jelita bez konieczności wprowadzania ich do krwi lub mózgu” – zauważył.