Indtil nu har forskning i tarmmikrobiota primært fokuseret på prøver af fæces, der giver indsigt i tyktarmens mikrobielle samfund. Men tyndtarmen spiller potentielt en endnu vigtigere rolle i optagelsen af næringsstoffer og interaktionerne mellem vært og mikrobe, hvilket markant påvirker tarmmikrobiomers sammensætning, funktion og plasticitet. Forskere retter nu derfor deres opmærksomhed mod at undersøge, hvordan kost, sygdom og genetiske faktorer påvirker mikrobiotaen i tyndtarmen. Forståelse af den komplekse sammenhæng mellem tarmmikrober og værtsimmunitet kan give en afgørende indsigt for fremtidig forskning og synes at være afgørende for at optimere brug af probiotika og udnytte det fulde potentiale af manipulation af tarmens bakterier for at forbedre menneskers sundhed.
I det menneskelige fordøjelsessystems komplekse univers af spiller billioner af små tarmmikroorganismer en afgørende rolle i at opretholde menneskers sundhed. Som dirigenter i et symfoniorkester, der orkestrerer forskellige aspekter af vores velbefindende. Når harmonien forstyrres, kan det føre til adskillige sundhedsproblemer, fra stofskifteforstyrrelser til inflammatorisk tarmsygdom og endda mentale sundhedsproblemer.
Hidtil har de fleste undersøgelser af tarmmikrobiota fokuseret på at studere fæcesprøver, der giver et billede af indholdet af tyktarmen. Tyndtarmen, hvor næringsstoffer optages, er dog mindst lige så vigtig.
"Det er bemærkelsesværdigt at mikrobiotaen i den menneskelige tyndtarm adskiller sig markant fra den i tyktarmen, men egenskaberne ved mikrobiomet i tyndtarmen er ikke særlig godt karakteriseret, primært på grund af udfordringerne ved at skulle tage prøver fra denne del af fordøjelsessystemet. Men kan vi afsløre de her interaktioner kan det potentielt åbne døren for mere målrettede interventioner, der kan designes til at optimere menneskers sundhed og trivsel," forklarer lektor Benjamin A.H. Jensen fra Biomedicinsk Institut ved Københavns Universitet.
En kompleks dans mellem værts- og mikrober
I noget tid har forskere søgt efter nyskabende måder at forbedre menneskers sundhed ved at udnytte tarmmikrobiomets kraft, blandt andet via specielt designede probiotika - tilskud af levende, veldefinerede mikroorganismer - der ikke kun beskytter mod uønskede immunreaktioner fra de mikrobielle samfund, men også for at understøtte kritiske processer i kroppen, så fx personer, der ellers ville være intolerante, faktisk kan fordøje laktose.
"Avanceret mikrobiel terapi er dukket op som en reel mulighed i kampen mod forskellige menneskelige sygdomme, og vores forskning fokuserer på det komplekse forhold mellem værten - os mennesker og de bakterielle beboere i både tyktarmen og altså tyndtarmen. Men kun ganske få undersøgelser har faktisk analyseret den mikrobielle sammensætning af den menneskelige tarm i virkeligheden i levende live - in vivo," siger Benjamin A.H. Jensen.
Nylige gennembrud inden for sekventeringsteknikker, dyrkningsmetoder og kombinationen af analytiske tilgange - multiomics - er nu godt i gang med at revolutionere studietne af værts-mikrobe-interaktioner. Imidlertid er viden primært blevet begrænset til fæcesprøver og biopsier fra tyktarmen, hvilket efterlader et betydelig tomrum i forståelsen af netop de interaktioner i tyndtarmen.
"Det er særligt forvirrende, da mange probiotika sigter mod tyndtarmen og påvirker afgørende processer som absorption af næringsstoffer. Derudover gør tyndtarmens unikke egenskaber, fx dens dynamiske mikromiljøer og dens mere eksponerede overflade på grund af et løsere klæbende slimlag i forhold til tyktarmen, der gør tyndtarmen til et primært sted for komplekse værts-mikrobe-interaktioner," forklarer Benjamin A.H. Jensen.
I tyndtarmen eksisterer en overflod af immunsystemsceller og koblet med en reduceret slimsekretion, fremmer det tætte interaktioner mellem værten og mikroorganismer. Forskerne foreslår derfor at skifte fokus for fremtidig forskning fra tyktarm til tyndtarm for at få nye indsigter, så man kan udnytte manipulationen af mikrobiota fuldt ud.
"At forstå disse forskelle er afgørende for at designe interventioner, der præcist kan sigte på tyndtarmen, hvor afgørende næringsstofabsorption forekommer, og hvor den her komplekse dans af værts-mikrobe-interaktioner udfolder sig. Den ændring i perspektiv tror vi kan føre til afgørende ny information, der kan revolutionere vores tilgang til at forbedre mikrobioments sundhed og dermed forbedre den menneskers trivsel og sundhed generelt," mener Benjamin A.H. Jensen.
Kost spiller en fremtrædende rolle
I nyere studier er vidt forskellige områder af både tyndtarmen og tyktarmen blevet testet med forskellige teknikker. Disse afslører forskelligartede mikrobielle samfund igennem hele det menneskelige fordøjelsessystem. Et samfund trives i tolvfingertarmen til den proksimale ileum, mens et andet dominerer den distale ileum til endetarmen.
Denne fascinerende opdagelse er gjort mulig med de seneste gennembrud med indtagelige kapseludstyr, der hjalp forskere med at underflere flere gastrointestinale områder hos 15 raske individer under normal fordøjelse.
"Slugbare smarte kapsler udgør et meget lovende alternativ, der giver direkte on-site prøvetagning uden at vi skal lave invasive indgreb - som biopsier. De seneste fremskridt inden for disse kapsler muliggør multiomisk analyse af tarmmiljøet og kaster lys over de komplicerede interaktioner mellem mikroorganismer under fysiologiske forhold," forklarer Benjamin A.H. Jensen.
De nye studier har stor betydning for forståelsen for og brugen af probiotika. Mave-tarmkanalen viser nemlig en så fascinerende variation i mikrobiel sammensætning på langs og på tværs af dens forskellige sektioner - og hvert lag præsenterer unikke udfordringer og muligheder for administrerede probiotika.
"Denne variation kan diktere, hvor probiotika har størst virkning, hvilket baner vejen for en mere skræddersyet tilgang til at udnytte kraften hos disse gavnlige mikroorganismer. Ikke overraskende spiller kost en fremtrædende rolle i at forme sammensætningen og funktionen af tarmsystemets mikrobiom, især i tyndtarmen," siger Benjamin A.H. Jensen.
Store løfter
Et godt eksempel er cøliaki, en inflammatorisk lidelse udløst af glutenforbrug hos genetisk disponerede individer. Lidelsen er blevet forbundet med ændringer i tarmmikrobiota. Og probiotiske behandlinger er blevet foreslået for at lindre sygdomssymptomer ved at genoprette den mikrobiel balance og reducere glutens påvirkning af immunsystemet.
"Imidlertid har kliniske forsøg givet blandede resultater, og symptombehandling synes mere lovende end egentlig sygdomsforebyggelse, og dette kan skyldes forskelle i placeringen af ubalancerne i tarmsystemet og altså dermed hvor probiotika udøver deres virkning," forklarer Benjamin A.H. Jensen.
Fødevareallergier viser en anden fascinerende forbindelse mellem kost og tarmmikrobakterier, især for spædbørn. En forstyrret tarmmikrobiota, karakteriseret ved nedsatte niveauer af visse bakteriearter, er blevet forbundet med udviklingen af allergier. En genoprettelse af balancen blandt disse mikrober gennem bakterie-terapi har virket lovende til at fremme væksten af de immunceller, der er afgørende for immunregulering.
"Inflammatorisk tarmsygdomme udgør skaber store udfordringer for tarmenes sundhed. Tilstanden er kendetegnet ved kronisk inflammation og en defekt tarmslimhinde. Selvom genetik spiller en rolle, tyder den stigende udbredelse af sygdommen over årene på betydelig miljøpåvirkning, herunder påvirkning af tarmmikrobiotaen," konkluderer Benjamin A.H. Jensen.
Standardprøver påkrævet
Et særlig fascinerende aspekt er tarmmikrobiomet er dets evne til at afvise nye invasive mikroorganismer - konkurrencen fra normalfloraen, at disse har svært ved at overleve. Dette beskytter værten mod patogener og påvirker også effekten af probiotika i mave-tarmkanalen. Især mikrober, der vokser hurtigt eller bruger næringsstoffer effektivt, opnår en konkurrencefordel. Hurtighed, hvad angår vækst eller bevægelse, er en afgørende egenskab for effektiv kolonisering.
"Og så kan man se at tarmmikrober også samarbejder. Et fremragende eksempel den symbiotisk udveksling, hvor stoffer produceret af en bakterie bliver energikilder for en anden. Og det skaber ikke kun brændstof til den anden, men det aflaster også den første fra at blive hæmmet, hvilket ellers ofte sker, hvis en organisme produceret for meget af et bestemt stof. Denne samarbejdende udveksling gælder for mange næringsstoffer, herunder fx vitaminer," forklarer Benjamin A.H. Jensen.
Forståelse af mekanismerne for probiotisk virkning i forskellige dele af mave-tarmkanalen er afgørende for at udnytte deres potentiale til at fremme tarmens sundhed. Imidlertid er detaljerne om tyndtarmen stadig for det meste skjulte, da forskere må på dyremodeller og tarm-simuleringer.
"For at afsløre mysterierne i tarmmikrobiotaen og dens interaktioner med kroppen udvikler vi avancerede værktøjer og modeller til at studere den øvre gastrointestinale kanal. Derfor er behovet for standardiserede, ikke-invasive metoder med både rumlig og tidsmæssig opløsning enormt vigtig. Så selvom tidligere undersøgelser har vidnet om spændende aspekter, er forskningen i tyndtarmmikrobiotaen stadig kun i sin spæde begyndelse, men potentialet synes enormt," slutter Benjamin A.H. Jensen."
