I tre årtionden har biologen Rosalinda Roberts skurit ultratunna skivor av nyligen avlidna människors hjärna och placerat dem under ett elektronmikroskop.
Från början letade hon efter orsaken till schizofreni, men med tiden blev hon närmast besatt av ett antal små fläckar som inte borde finnas där, men som hon hittade i olika delar av hjärnvävnaden.
När Rosalinda Roberts år 2018 slutligen insåg vad fläckarna var blev hon förvånad. Fläckarna var nämligen bakterier, och som den första någonsin hade forskaren vid University of Alabama i USA visat att det finns stora mängder bakterier i hjärnan.
Förekomst av bakterier i hjärnan har alltid oroat läkarna eftersom en infektion i detta känsliga organ är förknippad med livsfarliga sjukdomar som hjärnhinneinflammation.
Roberts forskning tyder dock på att bakterier förekommer permanent i hjärnan utan att vare sig trigga immunförsvaret eller ge upphov till inflammationstillstånd.
Bakterierna i hjärnan kan tvärtom visa sig vara en oumbärlig allierad som påverkar våra tankar, stärker vår psykiska hälsa och skyddar mot bland annat depression och Alzheimers sjukdom.
Bakterierna samlas i hjärnans centrala delar
I fyra områden i hjärnan har forskarna hittat en mängd bakterier som alla fyller en funktion för exempelvis motorik, uppmärksamhet och psykisk hälsa.
Planeringscentrum
Frontalloberna påverkar bland annat uppkomst av schizofreni och vår förmåga till planering och uppmärksamhet.
Rörelsecentrum
Strimmiga kroppen, som bland annat styr våra rörelser, fungerar inte som den ska hos Parkinsonpatienter.
Inlärningscentrum
Substantia nigra är en viktig struktur för bland annat inlärning. Parkinsons sjukdom uppstår på grund av celldöd här.
Minnescentrum
Hippocampus konsoliderar minnen. Alzheimers sjukdom börjar ofta här.
Fullt av tarmbakterier i hjärnan
I Rosalinda Roberts försök placerades skivor av 34 friska människohjärnor i ett kraftfullt elektronmikroskop.
Mikroskopets bombardemang av elektroner visade hjärnvävnaden i en detaljrikedom som avslöjade att de avlånga fläckarna hade mikrobers förväntade längd och omgavs av en tjock vägg som normalt kapslar in bakteriernas cellstruktur.
Vissa av dem hängde ihop i kedjor, som bakterier ofta gör. Undersökningarna undanröjde alla tvivel: Det finns bakterier i alla våra hjärnor.
Genom att studera sekvensen av så kallade 16S rRNA-gener, som är unika för alla organismer, identifierade Rosalinda Roberts och hennes kollegor senare vilka bakteriearter det rörde sig om.
Hjärnvävnaden innehöll gener från flera bakterier, och förvånande var att 92 procent av arterna tillhörde en av de tre stora grupper av bakterier som också utgör merparten av tarmfloran.
Två typer av nervceller innehåller bakterier
BAKTERIER TRIVS I FET ISOLERING
Nervcellerna skickar signaler genom hjärnan via långa axoner omgivna av en fetthaltig, isolerande myelinskida som kryllar av bakterier.
CELLERS FÖTTER FULLA AV MIKROBER
Astrocyter är en typ av nervceller som flyttar näringsämnen från blodet till andra nervceller. Bakterierna samlas i deras så kallade fötter, som ligger nära andra celler.
Mjölksyrefoder gjorde möss lugna
Forskarna har intresserat sig för tarmbakteriernas positiva inverkan på hjärnan sedan år 2011.
Då matade neurologen John Cryan vid University College Cork i Irland laboratoriemöss med buljong blandad med särskilda mjölksyrebakterier, som är en naturlig del av människans tarmflora.
Fodret resulterade i lägre koncentrationer av stresshormonet kortikosteron i blodet och påverkade hjärnans förmåga att hantera ångest, rädsla och stress.
Efter sex veckor på den bakterierika kosten blev mössen mindre nervösa. De tog till exempel längre tid på sig att utforska öppna områden i sin bur, där de i naturen skulle vara utsatta för fiender.
När John Cryan kapade mössens vagusnerv med ett fint snitt fann han en tänkbar förklaring till hur tarmfloran påverkar hjärnan.
Nerven går mellan hjärnan och tarmarna, där den till exempel sänder signaler om att tarmarna är fulla. Omvänt kan hjärnan informera tarmarna om att det är natt och att det är dags att minska aktiviteten.
Hos möss utan vagusnerv förlorade mjölksyrebakterierna sin antidepressiva effekt. De blev då lika nervösa som innan de fick specialfodret.
Sedan dess har många forskare visat att ett stort antal andra tarmbakterier också påverkar människans hjärna, så att den blir mer eller mindre mottaglig för schizofreni, depression, ångest, Alzheimers sjukdom och Parkinsons sjukdom. De vet dock ännu inte exakt hur tarmfloran påverkar hjärnan.
Hittills har den rådande teorin varit att bakterier i tarmen aktiverar vagusnervens yttersta förgreningar i tarmväggen så att den sänder signaler till hjärnan.
Rosalinda Roberts upptäckt tyder emellertid på att mikroberna förkortar den långa kommunikationsvägen och i stället vandrar via vagusnerven till hjärnan.
Mikrober påverkar din hjärnhälsa
Av de bakteriearter som har hittats i hjärnan på människor tillhör 92 procent tre stora grupper: Bacteroidetes, Proteobacteria och Firmicutes. Dessa utgör 68 procent av tarmfloran och misstänks antingen öka risken för eller skydda mot hjärnsjukdomar.
Bacteroidetes: Signalsubstans skyddar mot depression
En tarmflora med lågt innehåll av bakterier av släktet Bacteroides påverkar strömmar av nervsignaler i hjärnan i ett mönster som kopplas till depression. De depressiva tankarna försvinner efter hand som andelen bakterien i tarmen ökar.
Bakteriens roll: Avger ämnet GABA, som styr signaler mellan nervändar i hjärnan.
Proteobacteria: Protein orsakar Alzheimers sjukdom
Varannan människa har bakterier av arten Helicobacter pylori i magen, där de avger signalsubstanser som påverkar både tarmfloran och hjärnan. Alzheimerdrabbade har fler Helicobacter pylori i magen än friska personer. Bakterien utvecklar demens hos möss.
Bakteriens roll: Avger peptider som får hjärnceller att bilda skadliga proteinklumpar.
Firmicutes: Ämne i blodet förvärrar schizofreni
Patienter med schizofreni har ofta ett större antal bakterier av släktet Lactobacillus, som tillhör samma familj som mjölksyrebakterier, i tarmen. Symptomen blir vanligtvis allvarligare ju större andel bakterierna utgör av tarmfloran.
Bakteriens roll: Ökar blodets innehåll av ämnet kynurenin, som blockerar receptorer i hjärnan.
Blod och nerv kan ge fri passage
Bilderna från Roberts elektronmikroskop visar att hjärnans bakterier samlas i de så kallade myelinskidorna som har en isolerande effekt och som omger de flesta nervceller.
Fettämnet myelin omger även vagusnerven, som går rakt in i hjärnstammen (hjärnans nedersta del) förbi blod–hjärn-barriären, som vanligtvis stänger ute bakterier.
I teorin behöver bakterierna bara ta sig igenom tarmväggen och borra sig in i vagusnervens isolering för att nå hjärnan. Bakterierna slår sig emellertid även ner i en särskild typ av nervceller, astrocyter, som matar nervcellerna med näringsämnen från blodet.
Astrocyterna serverar maten via utväxter, så kallade fötter, som lägger sig nära hjärnans blodkärl och tar upp näringsämnen. Just i fötterna finns bakterierna i särskilt stor mängd.
Rosalinda Roberts (till vänster) forskar på en stor samling donerade människohjärnor.
Vissa forskare tror därför att bakterierna kommer via blodet från tarmen till hjärnan, där de passerar blod–hjärn-barriären och tar sig in i astrocyterna.
Barriären har svaga punkter i exempelvis hjärnstammens kräkcentrum och luktloben, som ligger strax bakom näsan. Där behöver hjärnan snabbt kunna registrera eventuella giftämnen i blodet och doftämnen i luften, så att den kan reagera genom att kräkas.
Därför har hjärnan kompromissat med säkerhetsåtgärderna där, vilket bakterierna kan ha utnyttjat.
Framtida studier ska klarlägga huruvida bakterierna ansamlas i just luktloben och kräkcentrum, vilket i sådana fall skulle ge stöd åt teorin att bakterierna tar sig till hjärnan via blodet.
Tarmfloran talar med hjärnan via tre kanaler
Enligt teorin fjärrstyrs hjärnan av bakterier via signalsubstanser. Men fyndet av mikrober i hjärnan tyder på att de faktiskt tar sig från tarmen till huvudet via blodet eller nerverna.
Bakterier tar till tre trick för att korsa blod-hjärn-barriären
1) Bakterier som når hjärnan kan kapsla in sig i blodåderns cellvägg och glida via den till hjärnan.
2) Om det saknas en koppling mellan cellerna i blodåderns vägg kan en bakterie ta sig in där.
3) Vita blodkroppar har ofta tillgång till hjärnan, vilket gör att bakterier kan ta sig in via dem.
Fetthaltig tarmnerv bakteriernas tillfartsväg
Bakterierna tränger igenom tarmväggen och borrar sig in i den fetthaltiga så kallade myelinskidan kring vagusnerven.
Fetthaltig tarmnerv bakteriernas tillfartsväg
Därifrån vandrar bakterierna till hjärnstammen, där nerven slutar. På så sätt tar sig mikroberna till hjärnan.
Signalsubstanser från bakterierna kommunicerar med hjärnan
Bakterier i tarmen påverkar immunceller nära tarmväggen så att de avger en rad olika biokemiska ämnen, så kallade cytokiner.
Signalsubstanser från bakterierna kommunicerar med hjärnan
Ämnena följer med blodet till hjärnan där de kan påverka strömmen av nervsignaler och därmed hjärnaktiviteten.
Parkinsonsjukas tarmflora dålig
Enligt Rosalinda Roberts studie förekommer tarmbakterierna i hjärnan utan att ge upphov till några akuta infektioner.
Men eftersom hon hittade särskilt många bakterier i delar av hjärnan som är kopplade till psykiska och fysiska hjärnsjukdomar, påverkar mikroberna troligen hjärncellernas arbete på något sätt och kan därmed inverka på våra tankar och vår psykiska hälsa.
Långt in i hjärnan finns områdena substantia nigra och striatum, som planerar våra rörelser så att de blir flytande när vi exempelvis för en kopp mot munnen.
Hos patienter med Parkinsons sjukdom fungerar inte dessa områden som de ska, vilket gör deras rörelser långsamma, klumpiga och skakiga. I båda dessa områden finns bakterier, vilket kan tyda på att mikroberna påverkar dem.
92 procent av bakterierna i hjärnan tillhör tarmflorans stora grupper av bakterier.
En annan del av hjärnan med många bakterier är hippocampus, som påverkas vid Alzheimers sjukdom och depression.
I en artikel från år 2019 konstaterar psykiatern Elizabeth Sublette vid Columbia University i USA att vissa arter av tarmbakterier är särskilt vanliga hos patienter med depression och alltså troligen påverkar sjukdomsförloppet, medan andra främst förekommer hos friska personer och därmed eventuellt skyddar hjärnan mot depression.
Bakteriefloran kan styra humöret
Även humöret och livskvaliteten påverkas av bakterier. Det visar en omfattande studie från år 2019. Mikrobiologen Jeroen Raes vid University of Leuven i Belgien studerade tarmfloran hos drygt tusen personer och fann iögonfallande samband.
Ett stort antal tarmbakterier av släktet Faecalibacterium är vanligt hos känslomässigt stabila personer, medan Butyrivibrio påverkar vår förmåga att upprätta goda sociala relationer.
I tarmen på levnadsglada personer finns Coprococcus i stor mängd.
Nu ska andra forskare återskapa Roberts försök för att säkerställa att det verkligen finns bakterier i hjärnan.
Först därefter kan det konkreta sambandet mellan bakterierna och hjärnans fysiska och psykiska sjukdomar slås fast – och kanske staka ut en hoppingivande ny riktning mot att avhjälpa diverse hjärnsjukdomar.