Perspectivas sobre microrganismos intestinais e doenças neurológicas, parte 1

O trato gastrointestinal de todo ser humano saudável consiste em um conjunto único de microbiota intestinal que abriga coletivamente uma comunidade diversificada e complexa de mais de 100 trilhões de microrganismos, incluindo bactérias, vírus, arquéias, protozoários e fungos.

Archaea são uma classe de procariontes que existem há bilhões de anos na história geográfica. Nos últimos anos, os cientistas têm estudado mais profundamente as archaea e descoberto a sua magia. Entre eles, o mais surpreendente é a relação entre archaea e memória.

Como todos sabemos, a memória é uma função essencial do cérebro humano. Se perdermos a memória, será muito difícil. Mas você sabia? Archaea pode promover a memória humana.

Estudos demonstraram que archaea pode produzir uma substância chamada “ácido lisérgico”, que pode estimular a atividade dos neurônios cerebrais e promover a memória humana. O ácido lisérgico também pode afetar a frequência das ondas cerebrais e melhorar a memória e a capacidade de aprendizagem, alterando o ritmo do cérebro.

Além disso, archaea também pode melhorar nosso humor e qualidade do sono. Um corpo e um estado emocional saudáveis ​​são pré-requisitos importantes para manter a memória.

Portanto, para manter um cérebro saudável e uma memória forte, podemos prevenir e tratar consumindo alimentos ricos em arquéias. Alimentos como iogurte e produtos fermentados de soja são ricos em archaea. Além disso, às vezes também podemos encontrar ingredientes de archaea em produtos de saúde.

Em resumo, existe uma estreita relação entre archaea e memória. Ao consumir adequadamente alimentos ricos em Archaea, podemos manter um cérebro saudável e uma memória forte, tornando a nossa vida melhor. Pode-se ver que precisamos melhorar a nossa memória, e Cistanche pode melhorar significativamente a memória porque Cistanche é um material medicinal tradicional chinês com muitos efeitos únicos, um dos quais é melhorar a memória. A eficácia do Cistanche vem dos vários ingredientes ativos que contém, incluindo ácido tânico, polissacarídeos, glicosídeos flavonóides, etc.

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Os micróbios intestinais têm uma relação simbiótica com o nosso corpo. A composição da microbiota é moldada no início da vida pela maturação intestinal, que é influenciada por vários fatores.

As bactérias intestinais são cruciais na manutenção da homeostase imunológica e metabólica e na proteção contra patógenos. A disbiose da microbiota intestinal está associada não apenas a distúrbios intestinais, mas também a doenças extraintestinais, como distúrbios metabólicos e neurológicos.

Nesta revisão, os autores examinam diferentes estudos que revelaram as possíveis hipóteses e ligações no desenvolvimento de distúrbios neurológicos associados ao microbioma intestinal.

Primeira minuta submetida: 30 de novembro de 2020; Aceito para publicação: 20 de maio de 2021; Publicado on-line: 14 de julho de 2021.

Palavras-chave: doença de Alzheimer • ansiedade • transtorno do espectro do autismo • eixo intestino-cérebro • microrganismos intestinais • microbioma • esclerose múltipla • doença neurológica • doença de Parkinson • esquizofrenia.

Os microrganismos intestinais que residem no trato gastrointestinal (GI) humano são uma parte essencial do desenvolvimento humano, pois servem como a maior interface entre o hospedeiro, os fatores ambientais e os antígenos no corpo humano.

O número de micróbios intestinais em nossos intestinos ultrapassa 1.014, todos eles dedicados a formar uma relação mutuamente benéfica (simbiose) com o corpo. As bactérias, arquéias e eucariontes que habitam o trato gastrointestinal beneficiam os humanos de várias maneiras através de uma série de funções fisiológicas, como fortalecer a integridade intestinal ou moldar o epitélio intestinal, regular a imunidade do hospedeiro, proteger contra patógenos, coletar energia e fornecer nutrientes como vitaminas [1] .

Esta relação simbiótica é resultado de vários fatores ambientais que são iniciados durante o contato entre o feto e a microbiota vaginal durante o nascimento [2]. Os microrganismos intestinais desempenham papéis significativos dentro do corpo humano, o que ajuda no crescimento e desenvolvimento adequados.

Historicamente, os microrganismos intestinais foram considerados bênçãos para os seres humanos como resultado destes efeitos benéficos para a saúde.

No entanto, surpreendentemente, estudos recentes demonstraram que os micróbios intestinais têm um efeito nas doenças do sistema nervoso central (SNC) devido à comunicação bidirecional entre o microbioma intestinal e o SNC, conhecida como eixo microbiota-intestino-cérebro, e também podem influenciar o desenvolvimento geral e função do cérebro.

Distúrbios do neurodesenvolvimento, neurodegenerativos e psiquiátricos estão relacionados a modificações na quantidade da flora intestinal. Consequentemente, foi identificada recentemente uma associação entre uma série de microrganismos intestinais e as formas mais prevalentes de doenças neurológicas (por exemplo, doença de Alzheimer [DA], esclerose múltipla [EM], esquizofrenia).

Embora os mecanismos e papéis dos microrganismos intestinais no desenvolvimento destas doenças sejam pouco compreendidos, vários estudos recentes propuseram diferentes hipóteses possíveis que explicam como os microrganismos intestinais podem influenciar o seu desenvolvimento [3,4].

Esta revisão fornece uma pesquisa abrangente sobre microrganismos intestinais e seu desenvolvimento, bem como seus papéis dentro do corpo humano e envolvimento em doenças neurológicas, incluindo hipóteses atualizadas de patogênese microbiana em doenças neurológicas.

Composição e diversidade de microrganismos intestinais

A microbiota intestinal é composta por várias espécies de microrganismos, incluindo bactérias, leveduras e vírus.

A composição dos micróbios intestinais evolui ao longo de nossas vidas de acordo com alterações anatômicas, dietéticas e nutricionais (por exemplo, magro, obeso, anoréxico), bem como patológicas (infecções sistêmicas e gastrointestinais), ambientais (por exemplo, clima, local de trabalho, estilo de vida, composição familiar) e fatores farmacológicos (por exemplo, uso de antibióticos, probióticos, laxantes, procinéticos) [5].

A microbiota humana contém componentes como arquéias, vírus, fungos, leveduras e outros eucariotos (por exemplo, Blastocystis e Amoebozoa), que foram negligenciados na pesquisa, e informações sobre fungos comensais, arquéias e protozoários também são escassas [5,6] .

De acordo com a taxonomia, as bactérias podem ser classificadas em filos (em biologia, um filo [plural filos] é um nível de classificação ou classificação taxonômica abaixo do reino e acima da classe), classes, ordens, famílias, gêneros e espécies [7].

Os filos microbianos intestinais dominantes consistem em Firmicutes, Bacteroidetes, Actinobacteria, Proteobacteria, Fusobacteria e Verrucomicrobia, com 90% da microbiota intestinal consistindo nos dois filos Firmicutes e Bacteroidetes.

Thephylum Firmicutes é composto por mais de 200 gêneros diferentes, incluindo Lactobacillus, Bacillus, Clostridium, Enterococcus e Ruminococcus, com 95% do filo consistindo no gênero Clostridium.

Os gêneros predominantes que compreendem Bacteroidetes incluem Bacteroides e Prevotella, enquanto o filo Actinobacteria é menos abundante em proporção e representado principalmente pelo gênero Bifidobacterium.

A microbiota intestinal é caracterizada por agrupamentos de bactérias chamados enterótipos e três enterótipos são caracterizados por três agrupamentos bacterianos dominantes: Bacteroides (enterótipo I), Prevotella (enterótipo II) e Ruminococcus (enterótipo III).

O enterotipo I obtém energia principalmente de carboidratos usando as vias da glicólise e das pentoses fosfato, enquanto os enterotipos II e III podem degradar as glicoproteínas mucinas da camada mucosa intestinal [8,9].

Em cada parte do trato gastrointestinal, a microbiota intestinal humana varia taxonomicamente e funcionalmente e varia no mesmo indivíduo de acordo com as transições infantis, idade e fatores ambientais, como o uso de antibióticos. Descobriu-se que os bacteriófagos intestinais são o principal componente do viroma intestinal. – constituindo cerca de 90% de sua composição, imitando o crescimento da microbiota bacteriana em bebês, e acredita-se que permaneça estável na vida adulta [10].

Entre os genes conservados durante a evolução viral intestinal, alguns colhem energia para atividades como transporte e degradação de carboidratos [11–13].

Essas propriedades são comumente demonstradas por vírus de plantas derivados da dieta que possuem a capacidade de controlar a microbiota bacteriana humana ou o metabolismo do hospedeiro, incluindo a síntese de proteínas e a síntese e degradação de carboidratos [14].

Curiosamente, novos métodos metagenómicos permitiram-nos identificar a composição do viroma intestinal e mostraram-nos que o intestino é povoado por uma série de agentes patogénicos. Patógenos como Norwalk, Rotavírus e Enterovírus são responsáveis ​​pela gastroenterite, pois danificam diretamente os enterócitos ou alteram a secreção de íons e água no cólon.

Além disso, uma grande lista de vírus gigantes indetectáveis ​​(resultantes de protozoários e parasitas) e vírus e bacteriófagos derivados de plantas também foi encontrada [15,16].

A comunidade do microbioma intestinal é dominada principalmente por bactérias e, como resultado, a pesquisa sobre a composição dos micróbios intestinais tem sido tradicionalmente focada nas bactérias. No entanto, recentemente, novos estudos revelaram a presença de outros micróbios que podem ter um grande impacto tanto na promoção da saúde como na indução de doenças nos hospedeiros.

Assim, também é importante realizar estudos sobre micróbios negligenciados para aprender mais sobre quaisquer papéis patogênicos em doenças neurológicas e outras.

Papel dos microrganismos intestinais no corpo humano

Os microrganismos intestinais desempenham um papel crucial na saúde, desempenhando diferentes funções necessárias para o crescimento e desenvolvimento do corpo. Por outro lado, um desequilíbrio destes micróbios pode levar a muitas doenças ou distúrbios relacionados com a saúde.

Microrganismos e seus metabólitos

Milhões de bactérias que residem no intestino afetam a homeostase do hospedeiro. A microbiota estabelece uma relação simbiótica e mutualista com o hospedeiro, o que implica que tanto o hospedeiro como a bactéria dependem um do outro para sobreviver.

O microbioma é responsável pelo fornecimento de nutrientes essenciais; sintetizar vitaminas, enzimas e aminoácidos; metabolizar xenobióticos e drogas; digerir celulose; realizar angiogênese; melhorar a função do nervo entérico (Tabela 1) [17–20]; e sintetizando ácidos graxos de cadeia curta (SCFAs), que incluem metabólitos como butirato, propionato e acetato [21].

Organismos colônicos como Bacteroides, Roseburia, Bifidobacterium e Enterobacteriaceae estão envolvidos na fermentação de carboidratos e oligossacarídeos indigeríveis, o que resulta na síntese de SCFAs, melhorando a saúde intestinal [22,23].

Bacteroides thetaiotaomicron, um membro do gênero Bacteroides, também está envolvido na fermentação de carboidratos [24]. Foi demonstrado que o B thetaiotaomicron exibe maior expressão de colipase, uma enzima exigida pela lipase pancreática para a digestão lipídica [25].

Bacteroidetes e Firmicutes auxiliam no metabolismo de restos alimentares não digeridos. Lactobacillus plantarum mantém a integridade da barreira intestinal e evita a entrada de bactérias intestinais, toxinas bacterianas, gorduras parcialmente digeridas e proteínas na corrente sanguínea, evitando assim o aparecimento dos sintomas característicos de um intestino permeável [26].

Caso contrário, um intestino permeável, ou revestimento intestinal danificado, permitiria que partículas de alimentos não digeridas, substâncias tóxicas e bactérias vazassem pelos intestinos e entrassem na corrente sanguínea, induzindo assim uma resposta imunológica, causando inflamação em todo o sistema e tornando um indivíduo suscetível a múltiplos problemas de saúde. distúrbios.

Estudos recentes em ratos demonstraram que os SCFAs – em particular o butirato – melhoram a integridade da barreira intestinal [21]. A microbiota protege o hospedeiro, impedindo o estabelecimento e o crescimento de agentes patogénicos.

O efeito de proteção é implementado através de diferentes mecanismos. Por exemplo, as bactérias intestinais competem para se ligar à borda em escova das células epiteliais intestinais, evitando assim a fixação e entrada de bactérias morbíficas nas células epiteliais [31].

Além disso, os micróbios intestinais competem pelos nutrientes fornecidos pelo hospedeiro, inibindo o crescimento de competidores patogénicos. Além disso, as bacteriocinas produzidas pela microbiota intestinal inibem o crescimento de bactérias patogênicas [32,33].

A microbiota também influencia o desenvolvimento do SNC através da produção de neurotransmissores e neuromoduladores, e sua ausência está associada a muitos problemas relacionados ao desenvolvimento do SNC [34].

Membros dos gêneros Lactobacillus e Bifidobacterium sintetizam ácido gama-aminobutírico (GABA); Escherichia, Bacillus e Saccharomyces sintetizam norepinefrina; Candida, Streptococcus, Escherichia e Enterococcus sintetizamserotonina; Bacillus e Serratia sintetizam dopamina; e Lactobacillus sintetiza acetilcolina [27].

Membros do gênero Bacteroides sintetizam ácido linoléico conjugado, que possui propriedades antidiabéticas, antiaterogênicas, antiobesogênicas, hipolipidêmicas e imunomoduladoras [28,29].

O metabolismo de diversas proteínas dietéticas deve-se à interação entre o hospedeiro e a microbiota intestinal, cada uma desempenhando as respectivas funções metabólicas; por exemplo, a enzima bacteriana histamina descarboxilase converte L-histidina em histamina [35]. As bactérias também podem sintetizar aminoácidos para serem utilizados pelo hospedeiro; no entanto, esta função depende em grande parte do papel de utilização de aminoácidos da microbiota.

A microbiota intestinal também participa da degradação dos polifenóis dietéticos (por exemplo, flavanóis, flavanonas, flavan{0}}óis), que permanecem inativos quando ingeridos. Bacteroides distasonis, Bacteroides uniformis, Enterococcus casseliflavus e Eubacterium ramulus digerem flavanóis; Butyrivibrio spp.

digerir taninos, especialmente polifenóis de cranberry e framboesa; Clostridium orbiscindens e Enterococcus avium digerem flavonas; e L plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus acidophilus e Bifidobacterium longum digerem antocianidinas [30].

Deve-se notar também que, juntamente com vários benefícios, a fermentação de proteínas envolve a produção de certos metabólitos que podem provocar diversos defeitos fisiológicos no hospedeiro. A microbiota intestinal também contribui para o metabolismo xenobiótico.

Xenobióticos são compostos estranhos que não são produzidos pelo próprio hospedeiro, mas são chamados de produtos farmacêuticos, tóxicos ambientais e toxinas. Os micróbios intestinais direcionam o metabolismo dos xenobióticos através de dois mecanismos diferentes, direto e indireto, dependendo da dieta e de fatores de estilo de vida [36].

Os micróbios intestinais induzem o metabolismo xenobiótico através da inativação de metabólitos xenobióticos, bioativação de precursores xenobióticos, reativação do metabolismo xenobiótico desintoxicado pelo hospedeiro ou expressão alterada da permeabilidade intestinal do hospedeiro.

O eixo intestino-cérebro

A interação entre o intestino e o cérebro revela uma ligação fisiológica entre eles que garante o estabelecimento da homeostase gastrointestinal, bem como a manutenção das funções cognitivas e límbicas.

A relação colaborativa entre o SNC, o sistema nervoso autônomo (SNA), o sistema nervoso entérico (ENS) e o eixo hipotálamo-hipófise-adrenal (HPA) do corpo é conhecido como 'eixo intestino-cérebro'.

A interação envolve rotas diretas e indiretas entre os centros cognitivos e emocionais do cérebro e as funções intestinais periféricas.

O eixo intestinal-cérebro é uma combinação dos braços simpáticos e parassimpáticos do SNA, que alimentam sinais aferentes e eferentesneurais, respectivamente, conectando o eixo intestino-cérebro.

Evidências experimentais indicam que a microbiota intestinal tem uma influência significativa no eixo intestino-cérebro e que a desregulação do microbioma intestinal pode levar ao desenvolvimento de distúrbios imunológicos, neurológicos e psiquiátricos [37–40].

Um desequilíbrio na composição da microbiota intestinal também está ligado a distúrbios gastrointestinais.

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