Studie onderzoekt moleculaire verbindingen tussen genetica,

Onze studie toont aan dat het microbioom kan samenwerken met genetica om het geheugen te beïnvloeden."

Janet Jansson, microbiële ecoloog bij Pacific Northwest National Laboratory en een corresponderende auteur van de studie

Wetenschappers weten dat muizen die microben hebben gekregen die de gezondheid ten goede komen, genaamd probiotica, ervaar verschillende positieve voordelen. Wetenschappers weten ook dat microben moleculen produceren die door het bloed reizen en fungeren als chemische boodschappers die andere delen van het lichaam beïnvloeden, inclusief de hersenen. Echter, het was tot nu toe niet duidelijk welke specifieke micro-organismen en microbiële moleculaire boodschappers het geheugen zouden kunnen beïnvloeden.

"De uitdaging is dat de unieke genetische samenstelling en omgevingsomstandigheden van een muis ook van invloed zijn op het geheugen en het microbioom, zei Antoine Snijders, een biowetenschapper aan het Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) en co-corresponderende auteur. "Om te weten of een microbieel molecuul het geheugen beïnvloedde, we moesten de interactie tussen genetica en het microbioom begrijpen."

De invloed van het microbioom op het geheugen is nu een zeer actief onderzoeksgebied, hij voegde toe, met meer dan 100 artikelen die in de afgelopen vijf jaar zijn gepubliceerd over verbanden tussen gewone probiotica en geheugen.

Muisgenetica beïnvloedt het geheugen en het darmmicrobioom

Voordat ze konden gaan zoeken naar moleculen die mogelijk betrokken zijn bij geheugenverbetering, Jansson, Snijders en hun collega's moesten bepalen hoe genetica het geheugen beïnvloedt.

De onderzoekers begonnen met een verzameling muizen genaamd het Collaborative Cross. Ze fokten 29 verschillende muizenstammen om de genetische en fysieke diversiteit van een menselijke populatie na te bootsen. Het bevat muizen van verschillende groottes, vachtkleuren en aanleg (bijv. timide of brutaal). Onderzoekers kennen ook de genoomsequenties van elke stam.

Eerst, het team gaf elke muizenstam een ​​geheugentest. Vervolgens screenden ze elke stam op genetische variaties en correleerden deze variaties met de geheugenresultaten. Ze vonden twee sets genen die verband houden met het geheugen. Een daarvan was een reeks nieuwe kandidaatgenen voor het beïnvloeden van cognitie, terwijl de andere set genen al bekend was.

Volgende, de onderzoekers analyseerden het darmmicrobioom van elke stam, zodat ze microbiële verbindingen konden maken met de genetica en geheugenverbindingen die ze al hadden. Ze identificeerden vier families van microben die werden geassocieerd met een verbeterd geheugen. De meest voorkomende daarvan was een soort van Lactobacillus, L. reuteri.

Om deze associatie te testen, de onderzoekers voerden L. reuteri aan kiemvrije muizen zonder darmmicroben en testten vervolgens het geheugen van de muizen. Ze zagen een significante verbetering ten opzichte van kiemvrije muizen die geen microben kregen. Ze vonden ook dezelfde verbetering toen ze kiemvrije muizen een van de twee andere Lactobacillus-soorten voerden.

"Terwijl eerder een verband tussen Lactobacillus en geheugen werd gemeld, we vonden het ook onafhankelijk in dit onbevooroordeelde genetische scherm, Snijders zei. "Deze resultaten suggereren dat genetische variatie voor een groot deel het geheugen controleert, evenals de verschillen in de samenstelling van het darmmicrobioom tussen stammen."

Dieet en probiotica stimuleren het geheugen

Eindelijk, de onderzoekers wilden identificeren welke microbe-gerelateerde moleculen mogelijk betrokken zijn bij geheugenverbetering. Ze analyseerden ontlasting, bloed en hersenweefsel van kiemvrije muizen die elk een specifieke soort Lactobacillus kregen. Lactaat was een van de meest voorkomende metabolische moleculaire bijproducten; het is ook een molecuul dat alle Lactobacillus-stammen produceren.

Het team voerde lactaat aan muizen waarvan eerder was vastgesteld dat ze een slecht geheugen hadden en merkte op dat hun geheugen verbeterde. Muizen die lactaat of Lactobacillus-microben kregen, hadden ook verhoogde niveaus van gamma-aminoboterzuur (GABA), een moleculaire boodschapper gekoppeld aan geheugenvorming in hun hersenen.

Om te zien of hetzelfde moleculaire mechanisme ook bij mensen van toepassing is, namen de onderzoekers contact op met Paul Wilmes, aan de Universiteit van Luxemburg, die een kleine chip ontwikkelde die nabootst waar microben interageren met menselijk darmweefsel. Toen Wilmes en zijn collega's L. reuteri in deze chip testten, ze zagen dat lactaat geproduceerd door de microben door het menselijke darmweefsel reisde, wat aangeeft dat het in de bloedbaan kan komen en mogelijk naar de hersenen kan reizen.

"Hoewel dit onderzoek het idee versterkt dat voeding, genetica, en gedrag - zoals geheugen - zijn verbonden, verder onderzoek is nodig om aan te tonen of Lactobacillus het geheugen bij mensen kan verbeteren, ' zei Jansson.

Snijders was het daarmee eens, eraan toevoegend dat het op een dag mogelijk zou kunnen zijn om probiotica te gebruiken om het geheugen in bepaalde populaties te verbeteren, zoals mensen met leerproblemen en neurodegeneratieve aandoeningen.

• Veranderingen in het darmmicrobioom kunnen de kankerresultaten voor rokers verbeteren
• Baanbrekende studie toont aan dat een vloeibare biopsietest veilig 26 niet-gediagnosticeerde kankers kan detecteren