Chociaż depresja może wynikać z różnych przyczyn, takich jak czynniki genetyczne, środowiskowe, psychologiczne i biologiczne, rosnące dowody wskazują również na istotną rolę mikrobioty jelitowej w zdrowiu psychicznym.

W 1980 roku zaczęto mówić o  teorii osi jelitowo-mózgowej, zainicjowanej przez badania nad interakcjami między hormonami a układem nerwowym. W ciągu ostatnich czterech dekad, te badania nie tylko pogłębiły zrozumienie tej osi, ale też przekształciły ją w bardziej kompleksową koncepcję osi mózg-jelito-mikrobiota, która opisuje złożoną, dwukierunkową komunikację pomiędzy mózgiem a układem pokarmowym, której mediatorami są mikroorganizmy jelitowe. System ten obejmuje sieci nerwowe, hormonalne i immunologiczne, które łączą funkcje mózgu i jelit, a mikrobiota jelitowa odgrywa w nim centralną rolę.

Naukowcy odkryli, że bakterie jelitowe mogą produkować neuroprzekaźniki oraz inne cząsteczki bioaktywne, które mogą wpływać na zachowanie i funkcje poznawcze. Przykładowo, niektóre bakterie jelitowe potrafią syntetyzować serotoninę, nazywaną „hormonem szczęścia”, która jest kluczowa dla regulacji nastroju. Serotonina, produkowana w przewodzie pokarmowym (do 95% jej ogólnej puli), powstaje przez przekształcenie tryptofanu. Niedobory serotoniny są powiązane z depresją, smutkiem, apatią i lękiem, co podkreśla jej znaczenie w regulacji nastroju. Specyficzne mikroorganizmy jelitowe, takie jak Bifidobacterium infantis, mają zdolność do modulowania metabolizmu tryptofanu, zwiększając jego dostępność i potencjalnie poziom serotoniny w organizmie.

Dodatkowo, obserwacje wykazały, że u osób z depresją częściej występują bakterie z rodzaju Alistipes, które mogą przekształcać tryptofan w indol, co może prowadzić do obniżenia poziomu serotoniny w jelitach, sugerując złożoność interakcji między mikrobiotą a zdrowiem psychicznym. Koncepcja ta znajduje zastosowanie w wyjaśnianiu mechanizmów różnych zaburzeń, w tym zaburzeń trawiennych, psychicznych oraz neurologicznych, takich jak IBS (zespół jelita drażliwego), depresja, czy choroba Parkinsona.