Mikrobit mielen muokkaajina

Vuonna 2000 rankkasateet pieksivät Walkertonin pikkukaupunkia Kanadassa. Tulvien seurauksena vesijohtoverkosto saastui karjan ulosteista peräisin olevilla bakteereilla, minkä seurauksena lähes puolet kaupungin asukkaista sairastui vatsatautiin. Vaikka epidemia oli nopeasti ohi, muutama vuosi myöhemmin tutkijoiden tekivät yllättävän havainnon. Epidemian aikana vatsatautiin sairastuneet kaupunkilaiset kärsivät ahdistuneisuus- ja masennusoireista tauditta selvinneitä naapureitaan useammin.

Vaikka ahdistus- ja masennusoireiden lisääntyminen voidaan tulkita luonnollisena seurauksena fyysiselle sairastumiselle ja siitä aiheutuneelle stressille, tutkijoiden mielenkiinnon herätti toisenlainen kysymys. Voisivatko vatsataudin aiheuttaneet bakteerit itsessään altistaa masennukselle tai muille mielenterveyden häiriöille?

Elimistöämme asuttaa noin 10¹³–10¹⁴ mikrobia, joiden kokonaispaino vastaa keskimäärin aikuisen ihmisen aivojen painoa.  Valtaosa mikrobiomistamme on suolistossa sijaitsevia bakteereita. Ne ovat olleet seuralaisinamme koko evolutiivisen historiamme ajan ja tarvitsemme toisiamme. Tieto suolistomikrobien monimuotoisuudesta on lisääntynyt huimasti 2000-luvulla edistyneiden geenisekvensointitekniikoiden myötä¹. Uuden tutkimustiedon myötä on alettu ymmärtää, että suoliston mikrobeilla on merkittävä vaikutus paitsi fyysiseen terveyteemme, myös mielen ja jopa tunteiden säätelyyn.

Valtaosa suolistomikrobien ja mielenterveyden yhteyttä selvittävistä tutkimuksista on tehty eläinmalleissa. Keskeisessä roolissa tutkimuksissa on ollut steriileissä olosuhteissa elävä mikrobiton (”germ-free”) hiirimalli, jonka luonnollinen bakteerikanta on tuhottu. Vertaamalla mikrobitonta hiirtä tavalliseen laboratoriohiireen on saatu runsaasti viitteitä mikrobien yhteydestä käyttäytymisen, tunteiden ja muiden aivotoimintojen säätelyyn. Mikrobittoman hiiren aivojen kehitys on häiriintynyt ja kognitiivinen sekä sosiaalisiin ja tunne-elämään liittyvä käyttäytyminen eroaa verrokkihiiristä. Useissa tutkimuksissa on osoitettu, että mikrobittomalla hiirellä mielenterveyttä säätelevät neurokemialliset mekanismit ovat monella tapaa muuttuneet ².

Mikrobittomien hiirten suoliston bakteerikantaa muokkaamalla on saatu suoria viitteitä mikrobiomin merkityksestä käyttäytymisen ja tunteiden säätelyssä. Jo ensimmäisissä tutkimuksissa havaittiin, että antamalla mikrobittomille hiirille Bifidobacterium infantis-bakteerikantaa varhaisen kehitysjakson aikana hiirten stressivastetta säätelevät hormonit palautuivat normaalille tasolle³. Suoliston mikrobikantaa muokkaamalla on saatu arka hiiri muuttamaan käyttäytymistään koeasetelmassa rohkeammaksi ja rohkea hiiri muuttumaan epäröiväksi⁴. Useissa tutkimuksissa on osoitettu tiettyjen probioottisten (terveyttä edistävien) bakteerikantojen lievittävän ahdistukseen viittaavaa käyttäytymistä hiirellä ja parantavan kognitiivista suoriutumista⁵.

Entä ihminen?  Kuilu eläintutkimusten tulosten ja ihmisen terveyden tai sairauksien ymmärtämisen välillä on syvä. Mikrobiomin ja aivotoimintojen yhteyden tutkimus ihmisellä on vasta alkutekijöissään.  Useissa tutkimuksissa on kuitenkin havaittu, että mielenterveys- ja muita aivosairauksia potevilla suoliston mikrobikanta on poikkeava verrattuna normaaliväestöön. Toisaalta tiedetään, että monia suolistosairauksia potevilla on normaaliväestöä enemmän esimerkiksi masennus-ja ahdistuneisuusoireita. Syy-ja seuraussuhteiden osoittaminen on kuitenkin haastavaa ja on epäselvää, aiheuttaako mikrobiomin häiriö aivosairauden vai onko poikkeava mikrobikanta enemmänkin seurausta aivosairaudesta.

Ihmisellä mikrobien ja tunne-elämän yhteyttä on tutkittu muun muassa probioottisten tuotteiden avulla. Toiminnallisessa aivokuvantamisessa (fMRI) havaittiin, että kuukauden ajan probiootteja sisältävää jogurttia syöneiden naisten pelkoa ja ahdistusta välittävät aivoalueet reagoivat heikommin ärsykkeisiin verrokkiryhmään verrattuna⁶. Toisessa tutkimuksessa Bifidobacterium longum-bakteerikantaa saaneiden vapaaehtoisten stressivasteen ja muistin osoitettiin parantuneen kontrolliryhmään verrattuna⁷. Tähän mennessä tehtyjen ihmistutkimusten otokset ovat kuitenkin olleet varsin pieniä eikä probioottien vaikutuksia mielenterveyshäiriötä sairastavilla ole tutkittu.

Toistaiseksi ei tiedetä tarkasti, mitä reittiä suoliston mikrobit vaikuttavat aivotoimintoihin. Aivojen ja suoliston välillä on vahva kaksisuuntainen yhteys, jonka ytimenä on aivoja ja suolistoa yhdistävä kiertäjähermo. Bakteerit tuottavat myös itse hermovälittäjäaineina tunnettuja yhdisteitä kuten serotoniinia, GABA:a ja dopamiinia sekä muita hermoaktiivisia aineita. Toisaalta bakteerit osallistuvat elimistön hormonitoiminnan ja immuunipuolustuksen säätelyyn, joilla puolestaan on tärkeä rooli hermoston toiminnassa. Todennäköistä onkin, että vuorovaikutus suolistomikrobien ja aivojen välillä tapahtuu usean eri mekanismin välityksellä.

Miksi yhteys suolistomikrobien ja aivotoimintojen välillä on niin kiinnostava? On houkuttelevaa ajatella, että mikrobiomia muokkaamalla voitaisiin tulevaisuudessa hoitaa esimerkiksi masennusta tai ahdistusta. Nykytiedon valossa on kuitenkin turhan varhaista arvioida, voisiko psykobiooteista, mielenterveyttä edistävistä mikro-organismeista, olla todellista lääketieteellistä hyötyä psykiatrisiin sairauksiin. Tarvitaan lisää tietoa suolistomikrobien ja aivojen keskinäisestä vuorovaikutuksesta ja eri bakteerikantojen merkityksestä. Varmaa kuitenkin on, että suolistomikrobien epätasapaino lietsoo monia sairauksia eikä suoliston hyvän bakteerikannan vaalimisesta mielelle varmasti haittaakaan ole.

Aino Vesikansa
Tutkijatohtori, HY eläinlääketieteellisten biotieteiden osasto ja Helsinki Institute of Life Sciences
aino.vesikansa@helsinki.fi

Kirjallisuutta

1. Gilbert JA, Blaser MJ, Caporaso JG, Jansson JK, Lynch SV, Knight R. Current understanding of the human microbiome. Nat Med. 2018;24(4):392-400.
2. Shen HH. News feature: Microbes on the mind. Proc Natl Acad Sci U S A. 2015;112(30):9143-9145.
3. Sudo N, Chida Y, Aiba Y, et al. Postnatal microbial colonization programs the hypothalamic-pituitary-adrenal system for stress response in mice. J Physiol. 2004;558(Pt 1):263-275.
4. Bercik P, Denou E, Collins J, et al. The intestinal microbiota affect central levels of brain-derived neurotropic factor and behavior in mice. Gastroenterology. 2011;141(2):599-609, 609.e1-3.
5. Mayer EA, Knight R, Mazmanian SK, Cryan JF, Tillisch K. Gut microbes and the brain: Paradigm shift in neuroscience. J Neurosci. 2014;34(46):15490-15496.
6. Tillisch K, Labus J, Kilpatrick L, et al. Consumption of fermented milk product with probiotic modulates brain activity. Gastroenterology. 2013;144(7):1394-401, 1401.e1-4.
7. Allen AP, Hutch W, Borre YE, et al. Bifidobacterium longum 1714 as a translational psychobiotic: Modulation of stress, electrophysiology and neurocognition in healthy volunteers. Transl Psychiatry. 2016;6(11):e939.