Looduslik valik avaldub sageli võidurelvastumises haigusttekitavate mikroobide ja peremeesorganismi immuunsüsteemi vahel – pidevalt on vaja kohaneda muteeruvate mikroobsete haigustekitajate ja muutuva keskkonnaga. Lewis Carrolli „Alice imedemaal“ ainetel nimetatakse sellist võidujooksu punase kuninganna hüpoteesiks – selleks et püsida paigal, tuleb joosta kõigest väest. Kuid tihtipeale on võitlemise asemel kasulikum hoopis koostööd teha ja nii võib ka mikroobide ja peremehe vahel tekkida vastastikku kasulik ehk mutualistlik suhe. Peremees pakub mikroobile turvalist keskkonda ja toitaineid, mikroob vastutasuks aitab toitaineid seedida või teha kahjutuks mürkaineid, mille jaoks peremehel endal vastavad geenid puuduvad. Mõnikord on aga koostöö evolutsioneerunud niivõrd, et kõrvalekalded mikroobikoosluses mõjutavad peremehe tervist ja isegi käitumist.[1]
Hologenoom
Organismi genoomi koos kõikide mikroobide geenidega kokku nimetatakse hologenoomiks. Arvatakse, et hologenoom moodustab terviku, millele toimib looduslik valik ning mille geneetilise variatsiooni allikaks on nii peremehe kui ka mikroobide genoom. Hologenoomi mudeli puhul tekib geneetiline variatsioon lisaks mutatsioonidele ka keskkonnast uute mikroobide (ja nende geenide) omastamisest, pannes nii proovile traditsioonilise arusaama, et pärilikud on üksnes organismi genoomi määratud tunnused. Hologenoomi mudeli puhul võivad päranduda ka elu jooksul omandatud tunnused. Seda juhul, kui mikroob, kellest selle tunnuse avaldumine sõltub, esineb ka järgnevas põlvkonnas. Samamoodi võivad organismist mikroobid kaduma minna, kui kooselu enam vastastikku kasulik pole. Säärane paindlikkus võimaldab peremehele kiiremat evolutsioneerumist ja kohastumist muutuva keskkonnaga.1,[2]
Kõige rohkem mikroobe elutseb seedeelundkonnas, seega on ka palju uuringuid keskendatud kõhu mikrobioomi uurimisele. Inimese kõhus on baktereid ligikaudu sama palju, kui on kehas inimese enda rakke. Eri bakterigeene on umbes 150–400 korda rohkem kui on geene inimese genoomis, sest bakteriliikide ja -tüvede arv on suur. Seejuures kuuluvad peale bakterite mikrobioomi hulka ka märksa vähem uuritud viirused, seened, arhed ja ainuraksed. Identsete kaksikute mikrobioomi uurides on leitud, et nende mikrobioomid on üksteisele sarnasemad kui erimuna kaksikute puhul, millest järeldub, et mingi osa mikrobioomi liigilisest koosseisust määravad ära inimese geenid. Need tuumikliigid on suurendanud inimese kohasust ja tänu sellele leidnud ka ise suurema tõenäosusega elukoha peremehe järgmises põlvkonnas ning mõlemad on täielikult spetsialiseerunud üksteisega kooseluks. Inimesse satuvad sellised liigid emaüsas, sünnituskanalit läbides ja emapiimaga, aga ka keskkonnast omastatud mikroobidest moodustavad suurema tõenäosega inimese kõhus koloonia mikroobid, kellel on geneetiline sobivus peremehega.1,2
Inimese kõhus on baktereid ligikaudu sama palju, kui on kehas inimese enda rakke.
Hoolimata geneetilisest eelsoodumusest elada koos teatud mikroobiliikidega on eri indiviidide kõhu mikrobioom siiski märkimisväärselt eristuv. Varieeruv osa sõltub suuresti keskkonnast ja dieedist ning on ajas muutuv. Järjest rohkem uurimusi on näidanud, et kõhu mikroobid mõjutavad peremehe tervist, käitumist ja isegi meeleolu. Kuuleme tihti, kui tähtis on toitumine, selleks et püsida terve. Kõhu mikrobioomi ja mitmete haiguste vahel on leitud seoseid, näidetena põletikuline soolehaigus, ülekaalulisus, 2. tüüpi diabeet, vähk, depressioon, ärevus, autism, Alzheimeri tõbi jm. Selles nimekirjas on kõige üllatavamad ilmselt vaimse tervisega seotud haigused, kuid teadupärast soovitatakse ka vaimse tervise probleemide puhul vaadata üle toitumine. Tervislikul toitumisel on mõju organismile endale, kuid mikrobioom pakub veel ühe seletuse, miks tervislik toitumine aitab depressiooni ja ärevuse sümptomeid leevendada. Meie toiduvalik mõjutab ka kõhu mikrobioomi tervist ehk seda, kellel on hea meiega koos kõhus elada, ning ennast toites toidame ka oma mikroobseid allüürnikke.2,[3]
Mikroobid aitavad lagundada toitaineid, samuti stimuleerivad nad immuunsüsteemi ning võtavad n-ö eluruumi ära teistelt patogeensetelt mikroobidelt. Lisaks funktsioonidele, mida mikroobid täidavad kõhus, on leitud, et mikrobioom ja mikroobide toodetud ained mõjutavad kesknärvisüsteemi ehk aju toimimist. Näiteks toodavad kõhumikroobid virgatsaineid ehk sõnumikandjaid närvirakkude vahel ja nende eellasmolekule, üheks tuntumaks näiteks on nn õnnehormoon serotoniin, mille puudust organismis seostatakse depressiooniga. Samuti võib kesknärvisüsteem mõjutada mikroobikooslust, näiteks muudab pidev stress kõhu mikrobioomi liigilist koosseisu. Sellist kahesuunalist suhtlust nimetatakse kõhu–mikrobioomi–aju teljeks. Lisaks on mikroobid võimelised mõjutama ka peremehe geeniekspressiooni ehk teisisõnu seda, kas, millal ja mil määral toodetakse geenide poolt kodeeritud valke. Näiteks reguleerivad geeniekspressiooni lühikese ahelaga rasvhapped (SCFAs), mida toodavad soolestikubakterid kiudainete ja tärkliste lagundamisel.3
Vaimne tervis
Loomkatsetes on leitud, et mikrobioomi liigiline koosseis on ärevatel ja depressioonis isenditel tervetest isenditest erinev. Kui sööta tervetele hiirtele ärevusele kalduvate hiirte väljaheiteid ehk siirata mikrobioom ühest isendist teise, muutuvad rahulikud hiired ärevaks. Sama toimib ka vastupidiselt, ärevad hiired rahunesid, kui neile manustati tervete hiirte väljaheiteid. Depressioonis inimeste väljaheidete manustamine rottidele tekitas rottidel depressiivseid käitumismustreid, näiteks kui julgelt uudistab rott uudset keskkonda ja kui kaua veedab aega avatud alal. Siiski peab loomkatsete tulemuste tõlgendamisel olema ettevaatlik, kuna inimese ja hiirte-rottide aju ehituse ja mikrobioomi vahel on palju erinevusi.3
Inimkatsetes depressiooni ja ärevuse uurimiseks väljaheidete siirdamist pole veel kasutatud, kuid see-eest on näidatud mitmetes uurimustes mikrobioomi mõju meeleolule, kasutades probiootikume ehk inimesele kasulikke elusmikroobe ning leitud, et probiootikume tarbinud terved inimesed on vähem halvas tujus ning depressioonis ja ärevushäirega inimestel sümptomid leevenevad. Probiootikumide tarbimist on seostatud vähenenud stressihormooni kortisooli hulgaga, kõrgema serotoniini tasemega ning immuunsüsteemi rakkude ja valkude hulga muutustega. Mitmes eri metaanalüüsis ehk paljude uurimistööde tulemuste sünteesis on selgunud, et probiootikumidel on väike, kuid märgatav mõju meeleolu parandamisel. Siinkohal võib tulemusi mõjutada see, et enamik katseid on tehtud tervete inimestega ning märksa vähem on uurimusi, kuhu on kaasatud depressiooni või ärevushäirega patsiente. Seega oleks vaja teha rohkem uuringuid, et saaks probiootikumide mõju kohta kindlaid järeldusi teha.3
Lääne inimeste kõhust on leitud mikroobe, mis aitavad kahjutuks teha aineid, mis on tekkinud naftatööstuses või mida kasutatakse säilitusainetena toidus.
Probiootikumide tarbimine tundub kiire ja lihtne lahendus. Ometigi ei ole praegu täpselt teada, kaua püsivad probiootikumides elavad bakterid kõhus, kui inimene lõpetab probiootikumide võtmise. Arvatakse, et mikrobioomi tuju reguleeriv võime on kõige tugevamalt sõltuvuses siiski toitumisest. Näiteks leiti, et kohalikele oludele sobitatud vahemereline dieet vähendas depressiooni diagnoosiga inimestel sümptomeid suuremal määral kui grupiteraapia.[4] Siiski peaks praeguste teadmiste juures suhtuma mikrobioomi mõjutamisse toitumise ja probiootikumiga ettevaatlikult ning kasutama seda kui toetavat vahendit, mida võib katsetada lisaks traditsioonilisele depressiooni ja ärevushäire ravile.
Kui mikroobid aitavad organismil kiiremini uute oludega kohaneda, siis miks ei ole meie mikrobioom kohanenudtänapäevase toitumisega, vaid kehv toitumine toob kaasa kehva tuju? Üheks põhjuseks võib olla see, et sarnaselt taime- ja loomaliikide elurikkuse vähenemisega on linnastumine viinud ka mikroobide elurikkuse vähenemisele. Kodud on pestud kangete puhastusvahenditega, väliskeskkonnas on palju inimtekkelist reostust ning linnade ja põllumajandusmaastike kooslused on liigivaesed. Võrreldes küttide-korilastega on läänemaailma inimese toidulaud märksa üksluisem, koosnedes suuremas osas piiratud arvust looma- ja taimeliikidest. Eespool loetletu võib olla põhjustanud ka mikroobiliikide mitmekesisuse vähenemise ja nende hulgast on raske hetkeolukorra jaoks kasulikke liike leida – looduslikul valikul on vähe valikuvariante. Näiteks võrreldes Aafrikas elavate hatsade küttide-korilaste põlisrahvaga on läänemaailma inimestes alaesindatud mitmed mikroobirühmad, mis lagundavad makromolekule ja kiudaineid väiksemateks ühenditeks. See-eest on leitud lääne inimeste kõhust hoopis mikroobe, mis aitavad kahjutuks teha kehale mitteomaseid ja mürgiseid aineid, mis tekivad naftatööstuses või kasutatakse säilitusainena toidus, näiteks naftaleen, kloroalkaan, bensoaat.[5] Bakterikooslused on tugevalt mõjutatud keskkonnast ning mõne mikroobiliigi vähenemine ja mikrobioomi liigilise koosseisu muutused inimese mikrobioomis näivad olevat kaasa toonud mõju inimese tervisele. Samal ajal on lohutav teada, et natuke on võimalik ise oma keskkonda mõjutada ning mitmekülgse toitumisega enda ja kõhumikroobide toidulauda rikastada.
Mari-Ann Lind on Tartu ülikooli ökoloogia ja maateaduste instituudi loomaökoloogia doktorant.
[1] Michael Shapira, Gut Microbiotas and Host Evolution: Scaling Up Symbiosis. – Trends in Ecology & Evolution 2016, 31, 539–549. https://doi.org/10.1016/j.tree.2016.03.006
[2] Eugene Rosenberg, Ilana Zilber-Rosenberg, The hologenome concept of evolution after 10 years. – Microbiome 2018, 6, 78. doi:10.1186/s40168-018-0457-9 (2018).
[3] Amar Sarkar et al., The Microbiome in Psychology and Cognitive Neuroscience. – Trends in Cognitive Sciences 2018, 22, 611–636. https://doi.org/10.1016/j.tics.2018.04.006 (2018).
[4] Felice N. Jacka et al., A randomised controlled trial of dietary improvement for adults with major depression (the ‘SMILES’trial). – BMC medicine 2017, 15, 23.
[5] Nicola Segata, Gut Microbiome: Westernization and the Disappearance of Intestinal Diversity. – Current Biology 2015, 25, R611-R613. https://doi.org/10.1016/j.cub.2015.05.040