Nesveikas žarnyno mikrobiomas sumažina smegenų sinapsinį genėjimą,

trukdo mokytis Naujame Weill Cornell medicinos ir Kornelio universiteto tyrime buvo pateikta daugiau paaiškinimų, kaip žarnyno mikrobai bendrauja su smegenų neuronais. Tyrimas, paskelbta žurnale Gamta spalio 23 d., 2019 m., ištyrė pelių modelių smegenis ir nustatė, kad kai žarnyno mikrobiomas yra žymiai sumažėjęs, smegenų mikroglialinėse ląstelėse pasikeičia genų ekspresija. Šie pokyčiai turi įtakos sinaptiniam genėjimui, veikla, kuri paprastai vyksta skatinant tarpneuroninius ryšius ir skatinant mokymąsi.

Ankstesni tyrimai

Žarnyno mikrobiota daro įtaką daugelio kūno procesų veikimui, kaip imuninė funkcija, normalią medžiagų apykaitą, ir organizmo vystymuisi. Tai taip pat turi įtakos šeimininko elgesiui, įskaitant socialinę veiklą ir atsakus į stresą, kurie yra susiję su daugybe skirtingų smegenų ir (arba) proto sutrikimų. Tačiau, nėra daug žinių apie pagrindinius mechanizmus, kuriais žarnyno bakterijos gali pakeisti smegenų ląstelių veikimą, arba didesnio organizmo elgesį.

Ankstesni tyrimai patvirtina ryšį tarp žarnyno sveikatos ir įvairių ligų, tokių kaip ASD ir potrauminio streso sutrikimas. Daugelis tyrimų parodė, kad autoimuninės ligos yra susijusios su nenormaliu žarnyno mikrobiomu, taip pat kelioms psichikos ir neurologinėms ligoms. Pavyzdžiui, uždegiminė žarnų liga, išsėtinė sklerozė ir psoriazė yra autoimuninės sistemos sutrikimai, ir šiems asmenims yra didesnė rizika turėti mažesnį įvairių žarnyno bakterijų skaičių, taip pat didesnė nerimo tikimybė, nuotaikos sutrikimai ir depresija. Atrodo, kad bendri genai yra ir psichikos, ir autoimuninėse sąlygose.

Nesveikas žarnyno mikrobiomas ir prasti mokymosi gebėjimai

Šiame tyrime, mokslininkai pažvelgė į dviejų tipų pelių, turinčių nenormalią žarnyno mikrobiotą, smegenis:pelių, kurios gavo antibiotikus, kad sumažintų bakterijų augimą žarnyne, arba pelėms, kurios buvo išaugintos visiškai sterilioje aplinkoje, kad nebūtų mikrobų (GF). Pirmiausia jie sukėlė pavojų šioms pelių populiacijoms, ir tada jį pašalino. Ištyrus mokymosi atsakymus šiose pelių populiacijose, jie nustatė, kad abu parodė sumažėjusį gebėjimą sužinoti, kad jiems gresiančio pavojaus nebereikia bijoti (vadinamasis baimės išnykimo mokymasis). Kitaip tariant, normalioms pelėms atsiranda refleksinė baimės reakcija į gresiantį pavojų, bet laikui bėgant, kadangi dirgiklis po poveikio nepadarė jokios žalos, jų sąlygotos baimės reakcijos mažėja. Šis mokymasis nebuvo akivaizdus GF ar antibiotikais gydytoms pelėms, kurios laikui bėgant ir toliau rodė sąlygines baimės reakcijas.

Smegenų vaizdavimas. Vidutinė prefrontalinė žievė, rodanti žievės neuronus (žalia), mikroglija (raudona), ir posinapsinis žymeklis PSD95 (mėlynas). Vaizdas mandagus Dr. Christopheris Parkhurstas ir Davidas Artisas (WCM).

Priežastis kodėl

Norėdami sužinoti kodėl, tyrėjai sekvenavo RNR mikroglijoje, smegenų imuninės ląstelės. RNR yra tarpinė molekulė tarp genetinio plano branduolyje ir galutinio baltymo citoplazmoje, gaminamas iš užkoduoto geno. Taigi RNR seka rodo geną, išreikštą toje konkrečioje ląstelėje.

Sinaptinis genėjimas

RNR sekos nustatymas parodė skirtingą genų ekspresijos modelį šių pelių populiacijų smegenų ląstelėse, o tai savo ruožtu paveikė įprastą pertvarkymą, vykstantį mokantis. Smegenų ląstelės formuoja ryšius ar sinapses, kad perduotų informaciją tarpusavyje. Tačiau, mokantis, kai kurios sinapsės pašalinamos, o kitos pridedamos, pagal impulsų srautą tuo keliu. Tai vadinama sinapsių genėjimu ir yra svarbus mokymosi procesas.

Išnagrinėjus genų ekspresijos skirtumus pelės smegenų medialinėje prefrontalinėje žievėje, mokslininkai atrado, kad skirtingai nei sveikų pelių mikroglia, šios mikroglijos neparodė įprastų genėjimo pokyčių, ir tai savo ruožtu sumažino naujų sinapsių, susidariusių mokantis, skaičių. Šis pokytis neigiamai paveikė jų gebėjimą mokytis.

Postsinapsiniai dendritiniai stuburai taip pat nebuvo normaliai pertvarkyti, ir signalus koduojantys neuronai šioje smegenų dalyje neparodė normalaus aktyvumo lygio. Kartu su mikroglija, sužadinimo neuronai ir kiti smegenų ląstelių tipai parodė panašius pokyčius.

Pakeistos neurocheminės medžiagos

Papildomai, tyrėjai nustatė, kad GF pelių smegenyse pasikeitė keturių cheminių medžiagų kiekis. Šios cheminės medžiagos paprastai yra susijusios su neuropsichiatrinėmis ligomis, tokiomis kaip šizofrenija ir autizmo spektro sutrikimas. Todėl šių cheminių medžiagų pokyčiai yra glaudžiai susiję su smegenų veiklos pokyčiais, o tai savo ruožtu lemia tai, kaip mes suvokiame savo aplinką ir kaip į jas reaguojame. Todėl faktas, kad pakeistas žarnyno mikrobiomas yra susijęs su kažkuo esminiu, kaip smegenų chemija, yra reikšmingas atskleidžiant pagrindinį modelį. Kaip sako tyrėjas Frankas Schroederis, „Smegenų chemija iš esmės lemia tai, kaip jaučiame ir reaguojame į savo aplinką, ir yra įrodymų, kad cheminės medžiagos, gautos iš žarnyno mikrobų, vaidina svarbų vaidmenį “.

Sveikos žarnyno mikrobiotos atkūrimas ir tęsinys

Į 3 etapą - dabar tyrėjai bandė atkurti normalų pelių mokymosi gebėjimą, grąžindami žarnyno organizmus, kad pakeistų prarastus, pirmoje grupėje, arba persodinant normalias mikrobiomas, GF populiacijoje. Jiems pavyko, jei žarnyno mikrobiomas iš karto po gimimo buvo normalizuotas, su gydomomis pelėmis buvo įprasti mokymosi modeliai. Iš kitos pusės, tolesnio įsikišimo trūkumas rodo esminį signalų poreikį iš sveikos žarnyno mikrobiomos į besivystančias smegenis, kai tik kūdikis gimsta.

Pasekmės

Tyrėjas Conoras Listonas komentuoja, „Tai buvo įdomus atradimas, turint omenyje, kad daugelis psichinių ligų, susijusių su autoimuninėmis ligomis, yra susijusios su ankstyvo smegenų vystymosi problemomis “.

Tyrėjas Davidas Artisas sako:„Žarnyno ir smegenų ašis daro įtaką kiekvienam žmogui kiekvieną savo gyvenimo dieną. Dar niekas nesuprato, kaip IBD ir kitos lėtinės virškinimo trakto ligos veikia elgesį ir psichinę sveikatą. Mūsų tyrimas suteikia naują supratimą apie tai, kaip veikia mechanizmai. "

Išsiaiškinimas, kaip žarnyno disbiozė veikia smegenų veiklą molekuliniu ir ląstelių lygiu, tikiuosi, paspartinti tikslinių molekulių ar būdų, kaip ateityje gydyti paveiktus žmones, nustatymą.

• Žarnyno mikrobioma taip pat yra realybė vaisiaus gyvenime
• Baltymų mutacija, sukelianti uždegimines žarnyno ligas, tampa disfunkcinė