Studie utforsker molekylære forbindelser mellom genetikk,

tarmmikrobiom og minne En ny studie er blant de første som har sporet de molekylære forbindelsene mellom genetikk, tarmmikrobiomet og hukommelsen i en musemodell avlet for å ligne mangfoldet i den menneskelige befolkningen.

Mens fristende koblinger mellom tarmmikrobiomet og hjernen tidligere er funnet, et team av forskere fra to amerikanske Department of Energy nasjonale laboratorier fant nye bevis på håndgripelige forbindelser mellom tarmen og hjernen. Teamet identifiserte laktat, et molekyl produsert av alle arter av en tarmmikrobe, som en viktig minneforsterkende molekylær messenger. Verket ble publisert 17. april i tidsskriftet BMC Microbiome.

Vår studie viser at mikrobiomet kan samarbeide med genetikk for å påvirke hukommelsen. "

Janet Jansson, mikrobiell økolog ved Pacific Northwest National Laboratory og en tilsvarende forfatter av studien

Forskere vet at mus som har blitt matet med mikrober som er til fordel for helsen, kalt probiotika, oppleve flere positive fordeler. Forskere vet også at mikrober produserer molekyler som beveger seg gjennom blodet og fungerer som kjemiske budbringere som påvirker andre deler av kroppen, inkludert hjernen. Derimot, det var ikke klart hvilke spesifikke mikroorganismer og mikrobielle molekylære budbringere som kan påvirke hukommelsen til nå.

"Utfordringen er at musens unike genetiske sammensetning og miljøforhold også påvirker hukommelsen og mikrobiomet, "sa Antoine Snijders, en biovitenskapsmann ved Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) og medforfatter. "For å vite om et mikrobielt molekyl påvirket hukommelsen, vi trengte å forstå samspillet mellom genetikk og mikrobiomet. "

Mikrobiomets innvirkning på hukommelse er et veldig aktivt forskningsområde nå, han la til, med mer enn 100 artikler publisert de siste fem årene om koblinger mellom vanlig probiotika og hukommelse.

Musgenetikk påvirker hukommelse og tarmmikrobiom

Før de kunne begynne å jakte på molekyler som kan være involvert i hukommelsesforbedring, Jansson, Snijders og deres kolleger trengte å bestemme hvordan genetikk påvirker hukommelsen.

Forskerne startet med en samling av mus kalt Collaborative Cross. De avlet 29 forskjellige musestammer for å etterligne det genetiske og fysiske mangfoldet til en menneskelig befolkning. Det inkluderer mus i forskjellige størrelser, pelsfarger og disposisjon (f.eks. sjenert eller fet). Forskere kjenner også genomsekvensene til hver stamme.

Først, teamet ga hver musestamme en minnetest. Deretter screenet de hver stamme for genetiske variasjoner og korrelerte disse variasjonene med minneresultatene. De fant to sett med gener assosiert med minne. Det ene var et sett med nye kandidatgener for å påvirke kognisjon, mens det andre settet med gener allerede var kjent.

Neste, forskerne analyserte tarmmikrobiomet til hver stamme slik at de kunne lage mikrobielle forbindelser til genetikken og minnekoblingene de allerede hadde. De identifiserte fire familier av mikrober som var forbundet med forbedret hukommelse. Den vanligste av dem var en art av Lactobacillus, L. reuteri.

For å teste denne foreningen, forskerne matet L. reuteri til bakteriefri mus uten tarmmikrober og testet deretter musenes minne. De så en betydelig forbedring i forhold til bakteriefri mus som ikke ble matet med mikrober. De fant også den samme forbedringen da de matet bakteriefri mus en av to andre Lactobacillus-arter.

"Mens det tidligere ble rapportert om en kobling mellom Lactobacillus og hukommelse, vi fant det også uavhengig i denne objektive genetiske skjermen, "Snijders sa." Disse resultatene antyder at genetisk variasjon i stor grad styrer hukommelsen, så vel som forskjellene i sammensetningen av tarmmikrobiomet på tvers av stammer. "

Kosthold og probiotika øker hukommelsen

Endelig, forskerne ønsket å identifisere hvilke mikroberelaterte molekyler som kan være involvert i hukommelsesforbedring. De analyserte avføring, blod og hjernevev fra bakteriefrie mus som hver matet en bestemt art av Lactobacillus. Laktat var et av de vanlige metabolske molekylære biproduktene; det er også et molekyl som alle Lactobacillus -stammer produserer.

Teamet matet laktat til mus som tidligere var identifisert for å ha dårlig hukommelse og la merke til at hukommelsen deres ble bedre. Mus som ble fôret med laktat- eller Lactobacillus-mikrober hadde også økte nivåer av gamma-aminosmørsyre (GABA), en molekylær budbringer knyttet til minnedannelse i hjernen deres.

For å se om den samme molekylære mekanismen også kan gjelde hos mennesker, forskerne kontaktet Paul Wilmes, ved Universitetet i Luxembourg, som utviklet en liten chip som etterligner hvor mikrober samhandler med menneskelig tarmvev. Da Wilmes og hans kolleger testet L. reuteri i denne brikken, de så at laktat produsert av mikrober reiste gjennom det menneskelige tarmvevet, indikerer at den kan komme inn i blodet og potensielt bevege seg til hjernen.

"Selv om denne forskningen styrker ideen om at diett, genetikk, og atferd-som minne-er tilkoblet, ytterligere arbeid er nødvendig for å vise om Lactobacillus kan forbedre hukommelsen hos mennesker, "Sa Jansson.

Snijders var enig, legger til at det en dag kan være mulig å bruke probiotika for å forbedre hukommelsen i målgrupper, for eksempel mennesker med lærevansker og nevrodegenerative lidelser.

• Endringer i tarmmikrobiomet kan forbedre kreftutfallet for røykere
• Gjennombruddsstudie viser at flytende biopsitest trygt kan oppdage 26 udiagnostiserte kreftformer