[Биология ғажабы] «Ішек-ми» осі

«Пән ғажабы неде» жобаның барлық мақалалары
«Биология ғажабы» циклдың басқа мақалалары
Биологиялық сағаттар және олардың сағатшылары
Менмендіктің биологиясы
Микориза құпиялары
Есірткі адам өмірінде
Глюкозаның зат алмасу жолы

Кіріспе

Биологияның алдыңғы мақалаларында біз ұйқы, ген және өзімшілдік сияқты белгілі ұғымдарды қозғадық. Бүгінгі тақырып екі түрлі және біршама алыс жүйелер — жүйке және ас қорыту жүйесінің ерекше байланысына арналған. «Сізге мидың ішекпен өзара әрекеттесуін зерттеудің қажеті не?» деген сізде қазір орынды сұрақ туындады. Біріншіден, бұл білім сізді анатомияның қызықты әлеміне жетелейді және Альцгеймер мен Паркинсон сияқты жүйке жүйесінің көптеген ауруларын қалай емдеу керектігін көрсетеді. Осы мақаланы оқығаннан кейін сіздің денсаулығыңызды күтуге деген көзқарасыңыз өзгереді: біз стрессті жеңудің не үшін маңызды екенін және оны қалай жеңуге болатындығын егжей-тегжейлі қарастырамыз, сонымен қатар депрессияның асқазан-ішек жолдарының жалпы денсаулығына қалай әсер ететінін талдаймыз.

Ішек микробиотасы

Сіздің миыңыз ас қорыту процесіне қалай әсер етеді деп ойладыңыз ба? Бір қарағанда жүйке жүйесі мен асқазан-ішек жолдары арасындағы байланыс аз сияқты көрінуі мүмкін. Алайда біздің денеміздегі көптеген жылдар бойғы зерттеулер барысында ғалымдар олардың біртұтас жүйені құрайтындығын және байланыстың өзі ғылыми қауымдастықта «ішек-ми» осі деп аталады (ағылшынша Brain-Gut-Microbiome axis). Бактериялардың алуан түрлі отаны болатын ішек микрофлорасы (микробиота) орталық жүйке жүйесіне, демек, адамның эмоционалды жағдайы мен әл-ауқатына тікелей әсер етеді екен.

«Ішек-ми» осі қалай жұмыс істейді?

Ішек микробиотасы мен адам ағзасының арасындағы байланыс түрі симбиоздың жарқын мысалы болып табылады, өйткені, екі жақ та бір-біріне көптеген пайда әкеледі. Адам ішек бактерияларын тамақпен қамтамасыз етеді, ал олар өз кезегінде В және К витаминдері түрінде адамдар үшін маңызды заттарды синтездейді, сонымен қатар өт қышқылдары мен ксенобиотиктерді — организмге жат химиялық қосылыстарды — метаболиздейді. Бұл симбиотикалық бактериялар асқазан-ішек жолдарының жұмысына үлкен үлес қосады.

Бұл жүйе жұмысының тұтастығын түсіну үшін оны әр түрлі көзқарастар бойынша толық талдау жүргізу қажет. Адам ағзасындағы триптофан метаболизмі мысалын пайдаланып, «ішек-ми» осі биохимия тұрғысынан нақты қалай жұмыс істейтінін қарастырайық. Бірінші суретте осы өте маңызды амин қышқылының метаболизмі процесі қысқаша сипатталған.

Триптофанның метаболизмі үш түрлі биохимиялық жолмен жүреді. Бірінші жолда (оң жақ тармақ) триптофаназа ферменті бар бактериялар триптофанды ауксин гормонының құрамына кіретін және жасушалар арасында сигнал беруге қатысатын индол—гетероциклді хош иісті қосылысқа айналдырады.

Екінші жолда Clostridium sporogenes бактериялары алдымен триптофанды индолға айналдырады, содан кейін антиоксидант қызметін атқаратын \(3\)-индол пропион қышқылына (IPA) айналдырады. Бір қызығы, ішек жасушалары арқылы сіңгеннен кейін IPA жүйке жасушалары үшін деструктивті гидроксил радикалдарын белсіздендіреді. Осылайша жүйке жүйесінің тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, IPA-ның қабынуға қарсы қасиеттері церебральды ишемия мен Альцгеймер ауруы қаупін азайтады.

Сонымен триптофанның үшінші метаболизм жолының арқасында иммундық жүйенің қалыпты жұмыс істеуі мүмкін: мұнда индол-\(3\)-альдегид (I\(3\)A) деп аталатын зат — иммундық ішек жасушаларының мембраналық бетінде орналасқан рецепторды белсендіруге қабілетті қосылыс синтезі жүреді. Бұл зат иммундық жауапқа қатысатын шағын сигналдық молекула болып табылатын интерлейкин-\(22\) (IL-\(22\)) ішек жасушаларында табиғи синтезді ынталандырады. Осы интерлейкин-\(22\) адам ағзасындағы түрлі қабынуды азайтуға көмектеседі. Міне, ішек микробиотасы біздің денемізге жүйкелік немесе иммундық болсын барлық жағынан пайдалы!

Ішек микробиотасының орталық жүйке жүйесімен байланысы

Өздеріңіз білетіндей, орталық жүйке жүйесінің реттелуі екі негізгі тармақ бойынша жүреді: төмендейтін және көтерілетін. ОЖЖ (орталық жүйке жүйесін) реттеуде нейроэндокринді механизмдер маңызды рөл атқарады, яғни, ішек микробиотасының энтероэндокринді (ECC) жасушалармен және ішек шырышты қабығының иммундық жүйесімен өзара әрекеттесу арқылы сигнал беретін химиялық қосылыстардың синтезіне тікелей қатысуын білдіреді. Осы синтезделген химиялық заттардың ішінде кейбір полярлы емес молекулалар жасушадан тыс барьерді жеңіп, ішек шырышты жасушаларының ішіне еніп, сол жерде болып жатқан процестерге ене алады.

Орталық жүйке жүйесінде ішкі сигнал беруді белсендіретін организм үшін маңызды қосылыстарды өндіруден басқа, сигналдық молекулалар гамма-аминобутир қышқылы, норадреналин және допаминді қосқанда бірнеше биологиялық белсенді заттарды синтездеуге қатысады.

Жүйке жүйесінің ішекпен өзара әрекеттесуінің тағы бір механизмі бақыт гормоны ретінде танымал серотонинмен байланысты. Бір қызығы, денедегі серотониннің \(95\%\)-ы асқазан-ішек жолдары мен ішек нейрондарының эпителий жасушаларында, ал қалған \(5\%\)-ы ғана орталық жүйке жүйесінде орналасқан. Осылайша ішек микроорганизмдері адамның көңіл-күйіне әсер етуі мүмкін, яғни, мидың бүкіл жүйке торына әсер етеді.

Жоғарыда аталған триптофан — бұл серотониннің және ішек-ми осіндегі басқа маңызды метаболиттердің ізашары. Біздің денеміз триптофанды өздігінен шығара алмайды, сондықтан оны сырттан тамақ арқылы аламыз. Бақыт гормонын, керісінше, ішек бактериялары синтездеп, ми жасушаларына жібереді.

Олай болса, Clostridium спора түзетін бактериялардың ағзаны қажетті химиялық заттармен қамтамасыз етудегі рөлі қандай? Шындығында, Clostridium бактериялары ECC жасушаларын ынталандыратын сигналдық молекулаларды синтездейді, бұл триптофанның ішек жасушаларына қол жетімділігін арттырады. Басқа жолмен, вегетативті жүйке жүйесінің аксондары серотонинді ішек люменіне шығарады, содан кейін гормон ішек микрофлорасымен ұсталады. Ішек бактерияларының бұл түрі организмдегі серотонин синтезін тікелей реттейді екен.

Альцгеймер ауруының патогенезін не тудырады?

Альцгеймер ауруы деменциямен, есте сақтау қабілетінің төмендеуімен, сирек жағдайларда өліммен сипатталады. Бұл нейродегенеративті аурудың дамуының басты себебі — жүйке жасушаларында бета-амилоид деп аталатын ерімейтін ақуыздың пайда болуы, нәтижесінде осы бета-амилоидтарды жинақтаған нейрондар өледі. Ең қызығы, ішек микробиотасының қызметіндегі шамалы өзгерістердің өзі, мысалы, қоздырғыштың енуі немесе пайдалы бактериялардың өміршеңдігінің бұзылуы адамның иммундық жүйесінде тепе-теңдікті бұзуы мүмкін. Нәтижесінде нейрондарда бета-амилоидтың жиналуын тудыруы мүмкін, ал бұл нейроинфламмацияға әкеледі. Бұл қалай болады? Еске алсақ, орталық жүйке жүйесі ішектің екі реттелу тармағы арқылы байланыста болады және көтеріліп бара жатқан тармақ арқылы ішек микрофлорасы когнитивті процестерге әсер етеді. Осылайша деменциясы бар науқастарда қабыну цитокиндері мен қабынуға қатысатын Escherichia/Shigella бактерияларының арасында корреляция байқалады: бактериялар неғұрлым көп болса, соғұрлым қабыну молекулалары көбірек болады. Мұндай патогендік бактериялардың улы қалдықтары миға еніп, нейрондарда амилоидты фибрилдердің жиналуына әкеледі.

Ішектің микробиотасының нейрондық қабынуға әсері

Жақында ғалымдар ішек микробиотасы адамның өмірінің әртүрлі кезеңдерінде орталық жүйке жүйесі мен ішектің өзара әрекеттесуіне тікелей әсер ететіндігін дәлелдеді. Зертханалық тышқандарға жасалған эксперименттердің нәтижелері ішек микробиотасының жүйке тінінің иммундық жасушаларына әсерін растайды. Жасы ұлғайған сайын адам ағзасы иммундық жүйенің шамадан тыс жүктелуін сезінеді, бұл ішектің шырышты қабығындағы ауыр қабыну үдерістеріне әкеледі. Осы себепті, адамның ішек микробиотасының тұрақтылығы мен әртүрлілігі жоғалады, бірақ одан да жаманы, ұзаққа созылған қабыну кезінде ішек барьері бірден жойылады.

Ішек барьері жойылғаннан кейін бактериялардың белсенділігі мен қабыну сигнализациясының молекулалары өнімдері қанайналым жүйесі арқылы мидың гематоэнцефалдық барьеріне өтеді, нәтижесінде нейрондар улы заттармен уланып, тірі жүйке жасушалары зақымдалады. Осылайша адамның иммундық жүйесінің бұзылуы және шамадан тыс белсенділігі адамның жүйке жүйесі үшін қайтымсыз салдарға әкеледі.

Практикалық қолданысы

Ми-ішек байланысын зерттейтін соңғы клиникалық зерттеулер «ішек-ми» осінің өзін бағыттау арқылы асқазан-ішек жүйке ауруларын емдеудің үлкен әлеуетін көрсетті. Алайда осы жүйенің компоненттерінің жұмыс істеу механизмдерінің көпшілігі осы күнге дейін зерттелмеген. Осы уақытқа дейін ғалымдар үшін ішек флорасынан шыққан сигналдық молекулалар мидың қан барьерін қалай жеңетіні және бұл молекулалардың мидағы жүйке орталықтарына тікелей әсері қандай болатыны жұмбақ болып қала береді.

«Ішек-ми» осін аз зерттегеніне қарамастан, стресс ішек-қарын жолдарының тамақтан босатылу уақытын кешіктіріп, ішек қабырғаларының динамикалық қозғалысының бұзылуына әкелетіні анықталды. Әрине, мұндай бұзушылық ағзаға қоректік заттардың сіңуіне кері әсерін тигізеді, мысалы, жоғарыда аталған триптофан мен серотонин. Жануарлармен жүргізілген тәжірибелерде алынған эксперименттік нәтижелер қазіргі кезде ішек микрофлорасының жұмысын жақсартуға бағытталған арнайы дәрілерді қолдану арқылы депрессия мен стрессті емдеуде сәтті қолданылады. Осы мағынада психобиотика деп аталатын жаңа тұжырымдама дүниеге келді. Ол ауыр психологиялық кемістігі бар адамдарға көмектесудің инновациялық жолдарын іздейтін тұтас сала.

Қорытынды

Миыңызға күтім жасағыңыз келе ме? Ол үшін асқазанды күту керек! Дұрыс тамақтану және диетаны ұстану артық болмайды және бұл әдет ұзақ мерзімді перспективада сіздің денсаулығыңызға жағымды әсер етеді. Сонымен қатар, белсенді өмір салтын жүргізу және спортпен шұғылдану көптеген нейродегенеративті аурулардың даму қаупін азайтып қана қоймай, ас қорыту жүйесінің қалыпты жұмысын қамтамасыз етеді.

«Ішек-ми» осі — бұл асқазан-ішек және жүйке жүйелері арасындағы шынымен бар байланыс, олардың біртұтас бүтін екендігін және біздің өмірімізге барлық мағынада әсер ететіндігін көрсетеді. Ми және ішек бір-бірінен алыс орналасқан, бірақ солай бола тұрса да, олар бір-бірімен байланысты болып қала береді!

Осы мақаламен біз «Биологияның ғажабы неде» циклын аяқтаймыз. Ұйқының таңғажайып ерекшеліктері, микоризаның құпия сырлары, глюкоза метаболизмінің маңыздылығы туралы айта отырып, сіз осы таңғажайып ғылымның сүкімділігіне көз жеткізе алдыңыз деп сенеміз. Алайда біздің мақалалар биологияның тылсым, да кең әлемнің кішкене бөлігін ғана қозғады және бұл әлемге еніп, тереңірек тануға ешқашан кеш емес!

«Beyond Curriculum» қоры «Пән ғажабы неде» циклы материалдарын «Караван знаний» жобасымен серіктестікте және «Шеврон» компаниясының қолдауымен жариялауда. «Караван знаний» – жетекші қазақстандық және халықаралық сарапшылардың қатысуымен орындалған алдыңғы қатарлы білім тәжірибелерін зерттеу мен талқылау бойынша бастама

Аударған: Ақсындар Жұмағұлова | IQanat’2020

Редактор: Дильназ Жемісбек