İnsan vücudunun içinde ve yüzeyinde olmak üzere, neredeyse tamamında mikroorganizmalar bulunmaktadır. Mikrobiyom terimi vücutta yaşayan bütün mikroorganizmalar ve onların genetik materyelini, mikrobiyota terimi ise vücudun farklı ekosistemlerinde belirli bir vücut bölgesine özgü mikroorganizmaların popülasyonlarını ifade etmek için kullanılmaktadır. İnsan vücudundaki en büyük mikroorganizma popülasyonu, gastrointestinal sistemde bulunmaktadır. Bu nedenle üzerinde en fazla araştırma yapılmış mikrobiyom, bağırsak mikrobiyomudur. İnsan bağırsaklarında ağırlıklı olarak fırmicutes, bacterodetes, actinobateria, proteobacteria bakteri ailesi yaşamaktadır (Khanana Tosh 2014). Bununla birlikte insan bağırsak biyotası 1000’den fazla tür 7000’den fazla alt tür içermektedir (Lozupone 2012).
Bağırsak mikrobiyotasının, barsak immunesi ve barsak motilitesinin düzenlenmesini, besinlerin sindirilmesini ve enerji üretimini sağladığı bilinmektedir. Gastrointestinal sistem dışındaki mikrobiyotanın etkileri hakkında kesin bilgiler henüz sınırlıdır.
Bağırsak mikrobiyotasının bağışıklık sistemi, beyin gelişimi ve davranış üzerine etkisi son yılların en önemli araştırma konusu olmuştur. Klinik gözlemler, hayvan deneyleri ve araştırmalar etkileşim yollarından bazıları açıklığa kavuşturulmuştur. Bağırsaklarda yaşayan mikroorganizmaların bağırsak epitel ve bağışıklık sistemi hücreleri ile iletişim içinde olduğu, Bu iletişim sayesinde metabolitlerin ve nörotransmitterlerin sentezi, vagus sinirinin aktivasyonu ve bağışıklık sisteminin aktivasyonu da bulunmaktadır. Giderek artan kanıtlar, mikrobiyomun çeşitli psikolojik süreçler ve nöropsikiyatrik bozukluklarla ilişkisini ortaya koymaktadır. Bunlar arasında duygudurum bozuklukları, anksiyete bozuklukları, otizm spektrum bozuklukları gibi nörogelişimsel bozukluklar, şizofreni ile Alzheimer hastalığı ve Parkinson hastalığı gibi nörodejeneratif bozukluklar bulunmaktadır. Ayrıca, birçok psikotrop ilacın mikrobiyom üzerinde etkisi olduğu da düşünülmektedir.
Yapılan çalışmalarda bağırsak mikrobiyotası bileşimi; gastrointestinal sistem hastalıkları, obesite, diyabet gibi metabolik hastalıkları, kanser, kalp krizi, inme ve periferal damar hastalıkları, Alzheimer, Parkinson, şizofreni, otizm, ansiyete, depresyon hemen hemen tüm hastalıklarla ilişkilendirilmiştir.
Barsakta bulunan bu mikroorganizmalar bağırsak ve beyin arasında rol oynayan gama-aminobutirik asit ve sertonin gibi nöroaktif maddeleri üretmektedir.
Bu alanda yapılan araştırmalar derlenmiş, beyin sağlığı, yaşla ilişkili kognitif bozukluk ve psikiyatrik bozukluklar ile mikrobiyom arasındaki iki yönlü ilişkiler ele alınmıştır.
Gastrointestinal sistem en büyük immun organdır. Kişinin mikrobiyomunun kompozisyonu, her bireyin kendisine özgüdür; ayrıca o bireyin yaşamı boyunca da büyük değişikliklere uğrar. Bağırsaktaki mikrobiyom kolonizasyonunun büyük oranda doğuştan ve kazanılmış immun işlevler üzerinden kritik rol oynadığı gösterilmiştir (Backhed ve ark. 2007, Round ve ark. 2010). Yakın tarihli çalışmalarda plasenta ve mekonyumda mikrobiyal DNA saptandığından, bağırsak mikrobiyomunun doğumdan daha önce gelişmeye başlamış olabileceği de düşünülmektedir. Bebeğin vajinal yolla ya da sezaryen doğumla dünyaya gelmesi de bağırsak mikrobiyotasının bileşimini etkilemektedir. Bunlar dışında prematür olmak, anne sütü almak, ev içinde hayvan bulunması, ırk, anne babanın sigara içmesi, annenin yaşı ve vücut ağırlığı gibi faktörler de mikrobiyomun gelişmini etkilemektedir. Çocuk büyüdükçe bu faktörlerin etkisi azalır; sadece beslenme faktörü mikrobiyom üzerindeki büyük etkisini yaşam boyu sürdürmeye devam eder. Batı diyeti ile beslenen ve Akdeniz diyeti ile beslenen kişilerin mikrobiyomları birbirinden çok farklıdır.
Bağırsak mikrobiyotasının merkez sinir sistemi üzerine potansiyel etkisi şu şekilde özetlenmiştir; mikrobiyal içerikteki değişiklikler, immun uyarılma, nöral yollar (nervus vagus aracılığıyla), triptofan metabolizması, barsak hormonal cevabı, bakteriyel metabolitler, İki yönlü olan bu etkileşim büyük oranda vagal sinir stimülasyonunun da dahil olduğu bir dizi yolak, bağışıklık sistemi ile etkileşim ve mikropların nörotransmitter üretimi üzerinden gerçekleşir. Mekanizması henüz tam olarak bilinmese de beyin ile bağırsak mikrobiyomu arasında iki yönlü bir iletişim olduğu ve bu iletişimin etkisinin büyük olduğu kesindir.
Barsak mikrobiyotası, BDNF (beyin kaynaklı nörotrofik faktör), siniptofizin, PSD-95 gibi pek çok nörorofin ve protein salgılayarak beynin gelişimini, plasitesini ve beynin fonksiyonunu düzenlemenin yanı sıra fiziksel gelişimini de düzenlediği gösterilmiştir. Germsiz (mikrobiyomu olmayan) farelerin beyninde prefrontal korteks nöronlarında hipermiyelinizasyon gözlenmiştir. Ayrıca germsiz farelerin amigdala ve hipokampüsündeki nöronların dendritlerinin, kontrol grubundaki farelerden morfolojik olarak farklı olduğu görülmüştür.
Araştırmalar, bağırsak mikrobiyomunu hedefleyerek beyni etkilemenin mümkün olduğunu, aynı şekilde beyni hedefleyerek bağırsak mikrobiyomuna etki edilebileceğini ileri sürmektedir. Yakın tarihli birkaç araştırmada, bazı farmasötik ajanların, özellikle de psikotrop ajanların mikrobiyomu değiştirebileceği gösterilmiştir. Bu etkinin en iyi gözlendiği alan, antipsikotik ilaçlardır. Bunun dışında, selektif serotonin reseptör inhibitörlerinin de aralarında bulunduğu birçok antidepresan sınıfının -in vitro antimikrobiyal aktivite sergileyerek- mikrobiyotayı etkilediği gösterilmiştir. Bu bulgular, bazı psikotrop ilaçların, mikrobiyota-bağırsak-beyin ekseni üzerinde etkili olabildiklerini düşündürmektedir; söz konusu etki, stres ve psikolojik durumun bu eksen üzerindeki etkileriyle de tutarlıdır. Ancak bu etkilerin beyinden bağırsak mikrobiyotasına giden sinyalleri değiştirmek yoluyla mı, yoksa ilaçların mikrobiyota üzerine doğrudan etkisi aracılığıyla mı ortaya çıktığı bilinmemektedir.
Antimikrobiyal tedaviler, aşılama, dezenfektan temizlik ürünlerinin yoğun kullanımı ve diyet değişiklikleri, modern yaşamdaki gelişmeler mirobiyom üzerinde derin ve kalıcı etkiler meydana getirmektedir.
Beynin mikrobiyota üzerindeki etkisini kısmen aydınlatmaktadır. Ancak mikrobiyota-bağırsak-beyin eksenindeki tüm etkileşimin anlaşılmasına giden yolun henüz başında olduğumuz kabul edilmektedir.