Epäterveellinen suolen mikrobiomi vähentää aivojen synaptista karsimista,

haittaa oppimista Weill Cornell Medicine ja Cornell Universityn uusi tutkimus on antanut enemmän selityksiä siitä, miten suoliston mikrobit kommunikoivat aivojen neuronien kanssa. Tutkimus, julkaistu lehdessä Luonto lokakuuta 23, 2019, tutki hiirimallien aivot ja havaitsi, että kun suoliston mikrobiomi vähenee merkittävästi, aivojen mikrogliasoluissa tapahtuu muutoksia geeniekspressiossa. Nämä muutokset vaikuttavat synaptiseen karsimiseen, toiminta, joka yleensä tapahtuu edistämään interneuronaalisia yhteyksiä ja tuottamaan oppimista.

Aikaisempi tutkimus

Suoliston mikrobiota vaikuttaa siihen, miten monet kehon prosessit toimivat, kuten immuunitoiminta, normaali aineenvaihdunta, ja organismin kehitystä. Se vaikuttaa myös isännän käyttäytymiseen, mukaan lukien sosiaalinen toiminta ja stressireaktiot, jotka liittyvät moniin erilaisiin aivojen ja/tai mielen häiriöihin. Kuitenkin, ei ole paljon tietoa taustalla olevista mekanismeista, joilla suolistobakteerit voivat muuttaa aivosolujen toimintaa, tai suuremman organismin käyttäytymistä.

Aiemmat tutkimukset osoittavat vahvasti suoliston terveyden ja useiden erilaisten sairauksien, kuten ASD:n ja posttraumaattisen stressihäiriön, välisen yhteyden. Monet tutkimukset ovat osoittaneet, että autoimmuunisairaudet liittyvät epänormaaliin suoliston mikrobiomiin, ja myös useisiin psykiatrisiin ja neurologisiin tiloihin. Esimerkiksi, tulehduksellinen suolistosairaus, multippeliskleroosi ja psoriaasi ovat kaikki autoimmuunisairauksia, ja näillä yksilöillä on suurempi riski saada pienempi määrä erilaisia ​​suolistobakteereja, sekä suurempia ahdistuksen mahdollisuuksia, mielialahäiriöt ja masennus. Yleisiä geenejä näyttää esiintyvän myös sekä psykiatrisissa että autoimmuunisairauksissa.

Epäterveellinen suoliston mikrobiomi ja huono oppimiskyky

Esillä olevassa tutkimuksessa, tutkijat tarkastelivat kahden hiiren tyypin aivoja, joilla oli epänormaali suoliston mikrobiota:hiiriä, jotka olivat saaneet antibiootteja bakteerien kasvun vähentämiseksi suolistossa, tai hiiret, jotka on kasvatettu täysin steriilissä ympäristössä bakteerittomaksi (GF). He ensin altistivat nämä hiiripopulaatiot vaaraan, ja poistanut sen sitten. Tutkimalla oppimisvaikutuksia näissä hiiripopulaatioissa, he havaitsivat, että molemmat osoittivat heikentynyttä kykyä oppia, että heitä uhkaavaa vaaraa ei enää tarvitse pelätä (kutsutaan pelon sukupuuttoon oppimiseksi). Toisin sanoen, normaalit hiiret kehittävät refleksisen pelon vastauksen uhattuun vaaraan, mutta ajan myötä, kun ärsyke ei tuottanut haittaa altistumisen jälkeen, heidän ehdolliset pelkovasteensa vähenevät. Tämä oppiminen ei ollut ilmeistä GF:llä tai antibiooteilla hoidetuilla hiirillä, jotka osoittivat edelleen ehdollisia pelkovasteita ajan myötä.

Aivojen kuvantaminen. Mediaalinen prefrontaalinen kuori, joka osoittaa kortikaalisia neuroneja (vihreä), mikroglia (punainen), ja post-synaptinen merkki PSD95 (sininen). Kuva:Dr. Christopher Parkhurst ja David Artis (WCM).

Syy, miksi

Selvittääksesi miksi, tutkijat sekvensoivat RNA:n mikrogliaan, aivojen immuunisoluja. RNA on välimolekyyli ytimen geneettisen suunnitelman ja sytoplasman lopullisen proteiinin välillä, tuotettu koodatusta geenistä. Siten RNA -sekvenssi osoittaa kyseisessä solussa ilmennetyn geenin.

Synaptinen karsiminen

RNA -sekvensointi osoitti erilaisen geeniekspressiomallin näiden hiiripopulaatioiden aivosoluissa, joka puolestaan ​​vaikutti normaaliin uudisrakentamiseen, joka tapahtuu osana oppimista. Aivosolut muodostavat yhteyksiä tai synapseja välittääkseen tietoja keskenään. Kuitenkin, oppimisen edetessä, tietyt synapsit poistetaan ja muita lisätään, impulssien liikenteen mukaan kyseisellä reitillä. Tätä kutsutaan synapsin karsimiseksi ja se on tärkeä prosessi oppimisessa.

Tarkasteltaessa eroja geenien ilmentymisessä hiiren aivojen mediaalisessa prefrontaalisessa kuorissa, tutkijat havaitsivat, että toisin kuin mikroglia terveillä hiirillä, nämä mikrogliat eivät osoittaneet normaaleja karsimismuutoksia, ja tämä puolestaan ​​vähensi uusien synapsien määrää, jotka muodostettiin oppimiskokemuksen aikana. Tämä muutos vaikutti negatiivisesti heidän oppimiskykyynsä.

Postsynaptisia dendriittisiä selkärankoja ei myöskään uusittu normaalisti, ja vihjeitä koodaavat neuronit tässä aivojen osassa eivät osoittaneet normaalia aktiivisuustasoa. Mikroglian lisäksi kiihottavat neuronit ja muut aivosolutyypit osoittivat samanlaisia ​​muutoksia.

Muutetut neurokemikaalit

Lisäksi, tutkijat havaitsivat, että GF -hiirien aivoissa tapahtui muutoksia neljän kemikaalin tasoissa. Nämä kemikaalit liittyvät tyypillisesti neuropsykiatrisiin sairauksiin, kuten skitsofreniaan ja autismin taajuushäiriöön. Näiden kemikaalien muutokset liittyvät siksi läheisesti aivotoiminnan muutoksiin, joka puolestaan ​​päättää siitä, miten tunnemme ympäristömme ja miten reagoimme niihin. Se tosiasia, että muuttunut suoliston mikrobiomi liittyy johonkin niin perustavanlaatuiseen kuin aivokemia, on siksi merkittävä taustamallin selvittämisessä. Kuten tutkija Frank Schroeder sanoo, "Aivokemia määrittää olennaisesti sen, miltä meistä tuntuu ja reagoimme ympäristöön, ja todisteet kertovat, että suolistomikrobista peräisin olevilla kemikaaleilla on tärkeä rooli. ”

Suoliston terveen mikrobiston palauttaminen ja jatko -osa

Vaiheeseen 3 - tutkijat yrittivät nyt palauttaa normaalin oppimiskyvyn hiirillä asettamalla suoliston organismit korvaamaan kadonneet. ensimmäisessä ryhmässä, tai siirtämällä normaaleja mikrobiomeja, GF -populaatiossa. Ne onnistuivat, jos suolen mikrobiomi palautettiin normaaliksi heti syntymän jälkeen, hoidetuilla hiirillä oli normaali oppimismalli. Toisaalta, parannuksen puute myöhemmillä toimenpiteillä viittaa siihen, että on välttämätöntä saada signaaleja terveestä suoliston mikrobiomista kehittyviin aivoihin heti vauvan syntymän jälkeen.

Seuraukset

Tutkija Conor Liston kommentoi, "Tämä oli mielenkiintoinen löytö, koska monet autoimmuunisairauksiin liittyvät psykiatriset tilat liittyvät ongelmiin aivojen varhaisen kehityksen aikana. ”

Tutkija David Artis sanoo:"Suoliston ja aivojen akseli vaikuttaa jokaiseen ihmiseen joka päivä. Kukaan ei ole vielä ymmärtänyt, miten IBD ja muut krooniset ruoansulatuskanavan sairaudet vaikuttavat käyttäytymiseen ja mielenterveyteen. Tutkimuksemme antaa uuden käsityksen mekanismien toiminnasta. ”

Selvitys siitä, miten suoliston dysbioosi vaikuttaa aivojen toimintaan molekyyli- ja solutasolla, Toivon mukaan, nopeuttaa kohdemolekyylien tai reittien tunnistamista sairaiden ihmisten hoitamiseksi tulevaisuudessa.

• Suoliston mikrobiomi on todellisuutta myös sikiön elämässä
• Tulehduksellisia suolistosairauksia aiheuttava proteiinimutaatio muuttuu toimintahäiriöiseksi