Farz edelim ki doktorunuza kısa bir ziyarette bulundunuz ve mustarip olduğunuz kucuk rahatsızlığınızın sebebini öğrenmek istiyor ve o anda içinizi en çok rahatlatacak şeyin ne olduğunu merak ediyorsunuz. Ancak doktorunuzdan duyacağınız “bakteri” ya da “bakteriyel enfeksiyon” sözcüğü ile başlayacak herhangi bir cümle çoğumuz için bir hastalık habercisi ya da kotu bir durumun zihnimizdeki ilk karşılığı gibidir. Oysa gerçekten öyle mi? İnsanoğlunun atalarının Afrika’dan cikciği uzun yürüyüşünden beri gecen surede ortak yaşam kurduğu yüzlerce mikroorganizma türünün bizim için ne kadar kritik öneme sahip olduğu günümüzde daha da belirginleşiyor. Yaklaşık 100 trilyon bakterinin tüm vücudumuza yay ilmiş olduğunu duymak birçok insanı şaşırtmaktayken, biliminsanlari için aynı şey son zamanlarda geçerliliğini yitirmiş durumda. James Watson ve Francis Crick’in DNA’nın topolojik yapısını ortaya çıkarmaları ile birlikte, genetik biliminde atılan büyük adimi insanoğlu çeyrek yüzyılda iki dev genom projesi ile daha da ileriye taşıdı. Bunlardan ilki olan “İnsan Genom Projesi” nin 2003 yılında tamamlanmasının hemen ardından, biliminsanlari gözlerini bir başka büyük genom projesine çevirdiler. Birleşik Devletler Ulusal Sağlık Merkezi’nin 2008 yılında 200 biliminsanı ve 80 enstitünün katkıları ile başlattığı bu dev proje “İnsan Mikrobiyom Projesi” olarak isimlendirildikten sonra öngörülen 5 yıllık bir plan içerisinde yoluna devam ediyor. Proje kapsamında insan vücuduna yay ilmiş bakterilerin basta barsak, ağız, ürogenital bölgeler ve deri olmak üzere tanımlanması, genom sekanslarının ortaya çıkarılması, mikrobiyal komünitelerin özelliklerinin belirlenmesi öngörülen hedefler arasında. 250 sağlıklı insandan alınan örneklerle başlayan bu uzun soluklu proje ilk meyvelerini 2012 yılı itibari ile vermeye başladı.
“İnsan Genom Projesi” nin hemen ardından böyle büyük çaplı bir genom analizine yönelmekteki en büyük amaçlardan biri vücudumuzda yasayan bakterilerin insan genomunda bulunan genlerden 150 katı kadar fazla gen içermesi gosterilebilir. Boyle zengin bir mikrobiyota ve gen çeşitliliği birçok biliminsaını cezbetmeye yetmişti bile. İnsan genomunun sahip olduğu 25-30.000 gen düşünüldüğü zaman, vücudumuzdaki bu “Genom Adası” nin boyutlarını tahmin etmek, işlevselliğine ışık tutmak son derece heyecan verici olacağa benziyor. Tüm bu elde edilen verilerin ışığında bugüne kadar en dikkat çekici olan ise barsak mikroorganizmalarının insan sinir sistemi ve bağışıklık sistemi ile olan ilişkileri. Bu ilişki, insan mikrobiyom projesinin önemini kavramamız acısından bir kez daha etkili olmuştur. Peki, barsak mikroorganizmalarının insanlarla binlerce yıldır sure gelmiş bu ilişkileri tam olarak neydi?
Barsak mikrobiyotası 1000 bakteri türüne ve bu bakterilerin 7000’den fazla strainine ev sahipliği yapmaktayken, bu özelliğinden dolayı biliminsanlari tarafından “Unutulmuş Organ” olarak adlandırılmaktadır. Bu kadar fazla sayıda bakterinin barsaklardaki hakimiyetine rağmen Bacterides spp., Prevotella spp., ve Ruminococcus spp. enterik mikrobiyotanın denge unsuru olan üç bakteri cinsidir.
Beslenme alışkanlıklarımız, enfeksiyonlar ve antibiyotikler enterik mikrobiyotada bulunan bu bakterilerin sayısını ve kompozisyonu etkileyen başlıca etmenlerden olmakla birlikte, tüm bu fiziksel etkiler dışında bugün tartışılan konulardan bir diğeri de stresin mikrobiyota üzerinde etkisidir. Barsak mikrobiyotası ile merkezi sinir sistemi arasında nöroendokrin, nöroimmun, sempatik ve otonomik sinir sisteminin parasempatik yolları ve de enterik sinir sistemi aracılığı ile bağlantı kurulduğunun kanıtlanması stres kaynaklı etkilerin açıklanmasında önemli rol oyna mistir. Yapılan araştırmalarda kronik stresin barsak bariyerini etkilediği, immunomodulator bakteriyel hücre duvarı bileşimlerinden liposakkaridlerin seviyesini artırdığı saptanmıştır. Depresyon gibi psikiyatrik bozukluklar bakteri sayısında ve yer değişiminde önemli etkilere neden olmaktayken, Lactibacillus farciminis gibi probiyotik bakteriler barsak bariyerindeki sızmayı engelleyip, barsak-beyin ekseninde rol oynayan stres bağımlı moleküllerin etkilerini tersine çevirmektedir. Öte yandan Lactobacillus helveticus hayvanlarda ve insanlarda anksiyete benzeri davranışların etkilerinin azaltılmasında ve serum kortizol seviyesinin düşmesinde önemli rol oynamaktadır. Stres ve onunla ilişkili olan Hipotalamus-hipofiz-adrenal (HPA) ekseni barsak mikrobiyotasının kompozisyonunu etkilemektedir.
Bugün artık bilinen bir diğer gerçek ise birçok mikroorganizmanın sinir sisteminin önemli bileşikleri olan nörotransmitter ve nöromodulator bileşiklerini sentezliyor olabilmesidir. Lactobacillus spp. ve Bifidobacterium spp. GABA, Escherichia spp. ve Bacillus spp. noradrenalin, Candida spp. , Streptococcus spp. ve Enterococcus spp. serotonin, Bacillus spp. dopamine, Lactobacillus spp. ise asetilkolini sentezleyebilmektedir. Barsak lümenindeki mikroorganizmalar tarafından üretilen bu bileşiklerin barsak epitel hücrelerini indüklediği ve buradan salınan moleküllerin enterik sinir sistemine nöral sinyal götüren aksonları direkt ya da ikincil mekanizmalarla etkilediği düşünülmektedir. Üretilen nörotransmitter maddeler dışında, mikroorganizmalar safra asidi, kolin ve kısa yağ asidi zincirleri gibi konakçı içinde önemli olan bileşikleri üretmektedir. N-butarat, asetat ve propionat gibi bazı kısa yağ asidi zincirlerinin nöroaktif özellikleri hâlihazırda bilinmekte, bu bileşikler özellikle barsaklarda önemli mikrobiyal kaynaklı bileşiklerden bazılarıdır.
Mikrobiyom-barsak-beyin eksenindeki etkileşimlerin hala derinlemesine analizlere ve araştırmalara muhtaç olduğu birçok biliminsanının hemfikir olduğu bir gerçektir. Bazı mekanizmalar aydınlatılmış olmasına rağmen özelikle lactobacilli ve bifidobacteria strainlerinin, değişik beyin bozukluklarının geleneksel metotlarla tedavisinde faydası olacağı öngörülmektedir. Uzak gelecekte ise biliminsanlari bazı hastalıkların tedavisinde kullanılan ilaçlardan bile daha etkili yolaklar ve substratların bulunabileceğine inanmaktadır.
Şafak Kalındamar
Mississippi State Üniversitesi, Veteriner Tıp Koleji, Temel Bilimler Departmanı
REFERANSLAR:
1. Philip W. J. Burnet, (2012) Gut bacteria and brain function: The challenges of a growing field. PNAS , vol.109, no.4, E175.
2. Rochellys Diaz Heitz, Shugui Wang, Farhana Anuar, Yu Qian, Britta Bjorkholm, Annika Samuelsson, Martin L.Hibberd, Hans Forsberg, Sven Petterson, (2011) Normal gut microbiota modulates brain development and behavior. PNAS, vol.108, no.7, 3047-3052.
3. Timothy G. Dinan, John F. Cryan, (2012) Regulation of the stress response by the gut microbiota: Implications for psychoneuroendocrinology. Psychoneuroendocrinology, 37, 1369-1378.
4. Timothy G. Dinan, John F. Cryan, (2012) Min-altering microorganisms: The impact of the gut microbiota on brain and behavior. Nature Reviews Neuroscience, doi:10.1038/nrn3346.
