What do we know about the microbiota-gut-brain axis?

What do we know about the microbiota-gut-brain axis?

Kevin Meza Achahue, Scientist - R&D Specialist at Bifidice. 4 minutes reading.

In recent years, a very intriguing idea has captured the interest of the scientific community, one that could revolutionize our understanding of human behavior and emotions. This hypothesis revolves around the potential connections between the gut microbiota, our intestines, and the human brain. While some of these ideas, such as the gut-brain axis, trace back to the 18th century [
1], recent advances in molecular biology techniques have shed light on the possible role of microorganisms in this intricate interplay [2].

The Gut-Brain Axis

During the 18th and 19th centuries, anatomical connections were discovered between the brain and the intestines, modulated by neural connections between the central nervous system and the enteric nervous system, popularly known as the "second brain," boasting between 100 to 600 million neurons [3][4]. Furthermore, biochemical interactions between these two organs have been elucidated, including bidirectional communication mediated by the release of neurotransmitters [5].

The "second brain" comprises between 100 to 600 million neurons.

The intestines serve as a crucial source of chemical molecules essential for our bodies, such as GABA, dopamine, norepinephrine, and acetylcholine, in addition to serotonin [6]. In regard to serotonin, it has been discovered that approximately 95% of its production occurs in the intestines. Only in recent years have we come to realize that intestinal bacteria are actually the primary producers of this and other neurotransmitters.

The Emerging Role of Our Gut Microbiota

With advances in molecular biology, we have uncovered that the bacteria residing in our intestines play a pivotal role in the now recognized "microbiota-gut-brain axis." These microbiota bacteria have the capacity to generate multiple hormones and neurotransmitters that influence processes essential to our health and behavior.

For example, dopamine, a neurotransmitter linked to reward systems, motivation, and addiction, is also influenced by the microbiota. Bacterial genera such as Lactobacillus and Bifidobacterium play a fundamental role in regulating its production, contributing to over 50% of this neurotransmitter's creation [7].

Gut microorganisms can even influence our food cravings.

Furthermore, the microbiota can also impact feelings of hunger in individuals. The arcuate nucleus of the hypothalamus regulates food intake by sensing hunger and satiety signals, directly affecting energy balance. The microbiota regulates the release of intestinal hormones that affect this system, transmitting them to the brain through the bloodstream [8].

Lastly, gut microorganisms can even influence our food cravings, although this connection may not be as direct. Some bacterial genera can send signals to the brain and alter the sensitivity of taste receptors to favor certain types of nutrients that promote their growth. For instance, Prevotella bacteria thrive in a carbohydrate-rich environment, while dietary fiber provides a competitive advantage to Bifidobacteria, and Bacteroidetes show a preference for fats as a substrate [9].

The Microbiota Imbalance and Its Impact on the Brain

Due to the brain's reliance on neurotransmitter production by the intestinal microbiota, dysbiosis (an imbalance in the composition of bacterial genera) can be linked to cognitive and mental health issues. Various conditions, including anxiety, autism, bipolar disorders, and depression, have been associated with the presence of dysbiosis and intestinal inflammation in certain individuals [10]. Moreover, the effectiveness of therapies used to treat these conditions may vary depending on interactions with the microbiota [11].

Therefore, maintaining a healthy lifestyle remains one of the best ways to ensure a proper balance in the microbiota and optimal brain function. It is crucial to remember that adhering to a healthy diet, consuming probiotics or prebiotics, adopting stress-reduction strategies, engaging in regular physical exercise, establishing good sleep habits, limiting alcohol and tobacco consumption, and avoiding highly processed foods are key aspects of achieving this balance.

Previous research teams at Bifidice have looked at the connections between some mental disorders and diseases such as schizophrenia and their connection to the microbiota. As a dedicated research team we want to continue to innovate in this area, looking for products that improve people's cognitive and mental health through significant changes in the human gut microbiota.

LOOKING FOR INNOVATIONS?
SCHEDULE A MEETING WITH OUR GURU'S ūüĎá
 

References

[1] Lewandowska-Pietruszka, Z., Figlerowicz, M., & Mazur-Melewska, K. (2022). The History of the Intestinal Microbiota and the Gut-Brain Axis. Pathogens, 11(12), 1540. https://doi.org/10.3390/pathogens11121540

[2] Miller I. (2018). The gut‚Äďbrain axis: historical reflections. Microbial Ecology in Health and Disease, 29(2), 1542921. https://doi.org/10.1080/16512235.2018.1542921

[3] Spencer, N. J., & Hu, H. (2020). Enteric nervous system: sensory transduction, neural circuits and gastrointestinal motility. Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 17(6), 338-351. https://doi.org/10.1038/s41575-020-0271-2

[4] Michel, K., Kuch, B., Dengler, S., Demir, I. E., Zeller, F., & Schemann, M. (2022). How big is the little brain in the gut? Neuronal numbers in the enteric nervous system of mice, Guinea pig, and human. Neurogastroenterology & Motility, 34(12), e14440. https://doi.org/10.1111/nmo.14440 

[5] Morais, L. H., Schreiber 4th, H. L., & Mazmanian, S. K. (2021). The gut microbiota-brain axis in behavior and brain disorders. Nature Reviews Microbiology, 19(4), 241-255. https://doi.org/10.1038/s41579-020-00460-0 

[6] Barandouzi, Z. A., Lee, J., Rosas, M. D. C., Chen, J., Henderson, W. A., Starkweather, A. R., & Cong, X. S. (2022). Associations of neurotransmitters and the gut microbiome with emotional distress in mixed type of irritable bowel syndrome. Scientific Reports, 12(1), 1648. https://doi.org/10.1038/s41598-022-05756-0

[7] Hamamah, S., Aghazarian, A., Nazaryan, A., Hajnal, A., & Covasa, M. (2022). Role of Microbiota-Gut-Brain Axis in Regulating Dopaminergic Signaling. Biomedicines, 10(2), 436. https://doi.org/10.3390/biomedicines10020436 

[8] Yu, K. B., & Hsiao, E. Y. (2021). Roles for the gut microbiota in regulating neuronal feeding circuits. Journal of Clinical Investigation, 131(10), e143772. https://doi.org/10.1172/JCI143772 

[9] Alcock, J., Maley, C. C., & Aktipis, C. A. (2014). Is eating behavior manipulated by the gastrointestinal microbiota? Evolutionary pressures and potential mechanisms. Bioessays, 36(10), 940‚Äď949. https://doi.org/10.1002/bies.201400071

[10] Clapp, M., Aurora, N., Herrera, L., Bhatia, M., Wilen, E., & Wakefield, S. (2017). Gut microbiota's effect on mental health: The gut-brain axis. Clinical Practice, 7(4), 987. https://doi.org/10.4081/cp.2017.987 

[11] Checa-Ros, A., Jer√©z-Calero, A., Molina-Carballo, A., Campoy, C., & Mu√Īoz-Hoyos, A. (2021). Current Evidence on the Role of the Gut Microbiome in ADHD Pathophysiology and Therapeutic Implications. Nutrients, 13(1), 249. https://doi.org/10.3390/nu13010249¬†

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------

Kevin Meza Achahue, Scientist - R&D Specialist at Bifidice. 4 minutos de lectura.

En los √ļltimos a√Īos, una idea muy interesante ha atra√≠do el inter√©s de la comunidad cient√≠fica, la que podr√≠a cambiar nuestra comprensi√≥n del comportamiento y las emociones humanas. Esta hip√≥tesis gira en torno a las posibles conexiones entre la microbiota intestinal, nuestros intestinos, y el cerebro humano. Aunque algunas de estas ideas, como el nexo cerebro-intestino, se remontan al siglo XVIII [1], los avances recientes en t√©cnicas de biolog√≠a molecular han revelado el posible rol de los microorganismos en este juego [2].

El eje intestino-cerebro

Durante el siglo XVIII y XIX, se encontr√≥ que exist√≠an conexiones anat√≥micas entre el cerebro y el intestino, moduladas por nexos neuronales entre el sistema nervioso central y sistema nervioso ent√©rico, popularmente conocido como ‚Äúsegundo cerebro‚ÄĚ al contar con entre 100 a 600 millones de neuronas [3][4]. Adem√°s, se han logrado describir relaciones bioqu√≠micas entre ambos √≥rganos, que incluyen comunicaciones bidireccionales mediadas por la liberaci√≥n de neurotransmisores [5].¬†

El ‚Äúsegundo cerebro‚ÄĚ cuenta con entre 100 a 600 millones de neuronas

El intestino es una fuente crucial de mol√©culas qu√≠micas esenciales para nuestro cuerpo, como GABA, la dopamina, la norepinefrina y la acetilcolina, adem√°s de la serotonina [6]. Respecto a la serotonina, se ha descubierto que aproximadamente el 95% de su producci√≥n tiene lugar en el intestino. S√≥lo hace algunos a√Īos se sabe que son en realidad las bacterias intestinales las principales productoras de este y otros neurotransmisores.

El emergente rol de nuestra microbiota intestinal

Con los avances en biolog√≠a molecular, hemos descubierto que las bacterias presentes en nuestro intestino desempe√Īan un papel crucial en el ya reconocido "eje microbiota-intestino-cerebro". Estas bacterias de la microbiota tienen la capacidad de generar m√ļltiples hormonas y neurotransmisores que influyen en procesos esenciales para nuestra salud y comportamiento.

Un ejemplo de esto es la dopamina, un neurotransmisor relacionado con los sistemas de recompensa, la motivación y las adicciones. Géneros bacterianos como Lactobacillus y Bifidobacterium juegan un papel fundamental en la regulación de su producción, contribuyendo a la creación de más del 50% de este neurotransmisor [7].

Los microorganismos intestinales pueden incluso modificar nuestros deseos alimenticios

Adem√°s, la microbiota tambi√©n puede influir en la sensaci√≥n de hambre en las personas. El n√ļcleo arqueado del hipot√°lamo regula la ingesta de alimentos al percibir se√Īales de hambre y saciedad, lo que tiene un impacto directo en el equilibrio energ√©tico. La microbiota regula la liberaci√≥n de hormonas intestinales que afectan este sistema, transmiti√©ndolas al cerebro a trav√©s de la circulaci√≥n sangu√≠nea [8].

Por √ļltimo, los microorganismos intestinales pueden incluso modificar nuestros deseos alimenticios, aunque esta conexi√≥n no sea tan directa. Algunos g√©neros bacterianos pueden enviar se√Īales al cerebro y alterar la sensibilidad de los receptores del sabor para favorecer ciertos tipos de nutrientes que promuevan su crecimiento. Por ejemplo, las bacterias del g√©nero Prevotella prosperan en un entorno rico en carbohidratos, mientras que la fibra diet√©tica proporciona una ventaja competitiva a las Bifidobacterias, y los Bacteroidetes muestran una preferencia por las grasas como sustrato [9].

El desequilibrio en la microbiota y su impacto en el cerebro

Debido a la dependencia del cerebro en la producción de neurotransmisores por parte de la microbiota intestinal, la disbiosis (desequilibrio en la composición de géneros bacterianos) puede vincularse a problemas en la salud cognitiva y mental. Se ha observado que diversas enfermedades, como la ansiedad, el autismo, los trastornos bipolares y la depresión, están relacionadas con la presencia de disbiosis e inflamación intestinal en ciertos individuos [10]. Además, la eficacia de algunas terapias utilizadas para tratar estas condiciones puede variar en función de las interacciones con la microbiota [11].

Por lo tanto, mantener un estilo de vida saludable sigue siendo una de las mejores maneras de garantizar un equilibrio adecuado en la microbiota y un funcionamiento √≥ptimo del cerebro. Es fundamental recordar que seguir una alimentaci√≥n saludable, consumir probi√≥ticos o prebi√≥ticos, adoptar estrategias para reducir el estr√©s, hacer ejercicio f√≠sico de manera regular, establecer buenos h√°bitos de sue√Īo, limitar el consumo de alcohol y tabaco, y evitar alimentos altamente procesados son aspectos clave para lograrlo.

Equipos de investigación anteriores de Bifidice han estudiado las conexiones entre algunos trastornos mentales y enfermedades como la esquizofrenia y la microbiota. Como equipo de investigación especializado, queremos seguir innovando en este campo, buscando productos que mejoren la salud cognitiva y mental de las personas mediante cambios significativos en la microbiota intestinal humana.

Back to blog