Микробы в кишечнике разговаривают с мозгом — ученые хотят знать о чем

Микробы в кишечнике разговаривают с мозгом — ученые хотят знать о чем

Микробное сообщество организма может влиять на мозг и поведение, возможно, даже играть роль при деменции, аутизме и других расстройствах.

direct?url=https%3A%2F%2Fstatic01.nyt.com%2Fimages%2F2019%2F01%2F29%2Fscience%2F29SCIMICROBIOMECOVERFINAL%2Fmerlin_149740557_bce2a202-e5ca-4439-b9f9-74be76dee727-articleLarge

В 2014 году Джон Крайан, профессор Университетского колледжа Корк в Ирландии, посетил встречу в Калифорнии по поводу болезни Альцгеймера. Он не был экспертом по деменции. Вместо этого он изучил микробиом — триллионы микробов внутри здорового человеческого тела.

Доктор Крайан и другие ученые начали находить намеки на то, что эти микробы могут влиять на наш мозг и поведение. Возможно, как он рассказал научному собранию, микробиом играет определенную роль в развитии болезни Альцгеймера.

Идея не была хорошо воспринята: «Я никогда не разговаривал с таким количеством людей, которые не верили тому, что я говорил», — вспоминал доктор Крайан.

С тех пор многое изменилось: исследования продолжают обнаруживать удивительные связи между микробиомом и мозгом. Ученые находят доказательства того, что микробиом может играть роль не только в болезни Альцгеймера, но и болезни Паркинсона, депрессии, шизофрении, аутизме и других состояниях.

Для некоторых нейробиологов новые исследования изменили их представления о мозге.

Одним из скептиков на встрече, посвященной болезни Альцгеймера был Санграм Сисодия, нейробиолог в Чикагском университете. Он не был поколеблен доктором Крайаном, но позже решил поставить простой тест, опираясь на эту идею.

— Это было сделано просто ради развлечения, — сказал доктор Сисодия. — Мы понятия не имели, что из этого выйдет.

Он и его коллеги дали антибиотики мышам, склонным к развитию болезни Альцгеймера, чтобы убить большую часть кишечных бактерий в их кишечниках. Позже, когда ученые осмотрели мозг животных, они обнаружили гораздо меньше белковых комков, связанных с деменцией.

Просто небольшого нарушения микробиома было достаточно, чтобы произвести этот эффект. У молодых мышей, получавших антибиотики в течение недели, было меньше комков в мозгу, и когда они старели.

— Я никогда не думал, что это будет такой поразительный результат, — сказал д-р Сисодия. — Для кого-то с опытом в молекулярной биологии и нейробиологии это похоже на выход в космос.

После ряда подобных экспериментов, он теперь подозревает, что несколько видов микробов в кишечнике — возможно, даже один — влияют на ход болезни Альцгеймера, возможно, путем высвобождения химического вещества, которое изменяет работу иммунных клеток в мозге.

Он не нашел этих микробов, не говоря уже о том химическом веществе. Но «там что-то есть, —- сказал он. — И мы должны выяснить, что это такое».

«Это выглядело сумасшествием»

Ученые давно знают, что микробы живут внутри нас. В 1683 году голландский ученый Антон Ван Левенхук под микроскопом рассмотрел зубной налет и обнаружил крошечных плавающих там существ.

Но микробиом упорно сопротивлялся научным открытиям. Из поколения в поколение микробиологи изучали только те виды, которые они могли выращивать в лаборатории. Большинство наших обитателей не могут выжить в чашках Петри.

В начале 2000-х годов, однако, наука о микробиоме сделала внезапный скачок вперед, когда исследователи выяснили, как секвенировать ДНК из этих микробов. Исследователи изначально использовали эту новую технологию, чтобы исследовать как микробиом влияет на части наших тел, изобилующих бактериями, такие как кишечник и кожа.

Мало кто из них думал о мозге — в этом, кажется, не было смысла. Мозг защищен от микробной инвазии так называемым гематоэнцефалическим барьером. Обычно только небольшие молекулы могут проникнуть через него.

— Еще в 2011 году считалось сумасшедшим искать ассоциации между микробиомом и поведением, — сказал Роб Найт, микробиолог Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Он и его коллеги обнаружили некоторые из самых ранних намеков на эти связи. Исследователи взяли стул у мышей с генетической мутацией, которая заставляла их много есть и набирать вес, и перенесли его мышам, которые были выращены вообще без микробов, т. е. с рождения полностью без микробиома в кишечнике.

После получения этого так называемого фекального трансплантата, мыши, свободные от микробов, тоже проголодались и набрали вес .

Оказывается, изменение аппетита — это не единственное, что микробиом может сделать с мозгом. Доктор Крьян и его коллеги, например, обнаружили, что мыши без микробиомов становятся одиноками, предпочитая держаться подальше от других грызунов.

Ученые в конце концов обнаружили изменения в мозге этих антисоциальных мышей. Одна область, называемая миндалевидным телом, важна для обработки социальных эмоций. У мышей, свободных от микробов, нейроны миндалевидного тела создают необычные наборы белков, меняя их связи с другими клетками.

Исследования людей также выявили некоторые удивительные закономерности. Дети с аутизмом имеют необычные паттерны микробных видов в своем стуле. Также обнаружена разница между бактериями кишечников людей с другими состояниями мозга.

Но ни одна из этих ассоциаций не доказывает причины и следствия. Нахождение необычного микробиома у людей с болезнью Альцгеймера не означает, что бактерии управляют болезнью. Может быть наоборот: люди с болезнью Альцгеймера часто меняют свои привычки в еде, например, и это может благоприятствовать развитию различных видов кишечных микробов.

Фекальные трансплантаты могут помочь убедиться в этих связях. В своих исследованиях болезни Альцгеймера доктор Сисодия и его коллеги перенесли стул обычных мышей в мышей, которых они лечили антибиотиками. После того, как их микробиомы были восстановлены, мыши, обработанные антибиотиками, снова начали развивать белковые комки.

— Мы абсолютно уверены, что именно бактерии управляют этим, — сказал доктор Сисодия. Другие исследователи пошли еще дальше, используя трансплантацию кала человека.

Если вы держите мышь за хвост, он обычно извивается в попытке убежать. Если вы дадите ей фекальную трансплантацию от человека с большой депрессией, вы получите совершенно другой результат: мыши сдаются раньше и просто неподвижно висят.

Каким бы интригующим не было такое исследование, оно имеет серьезные ограничения. Поскольку исследователи переносят сотни видов бактерий одновременно, эксперименты не могут выявить, какие именно ответственны за изменение мозга.

Теперь исследователи точно определяют отдельные штаммы, которые, кажется, имеют эффект.

Чтобы изучить аутизм, доктор Мауро Коста-Маттиоли и его коллеги из Медицинского колледжа Бейлор в Хьюстоне исследовали различные виды мышей, каждая из которых проявляет некоторые симптомы аутизма. Мутация в гене, называемом SHANK3, может привести к тому, что мыши будут постоянно ухаживать за собой и, например, избегать контакта с другими мышами.

В другом штамме мышей, доктор Коста-Маттиоли обнаружил, что диета матерей едой с высоким содержанием жира увеличивает вероятность, что их дети будут вести себя таким же образом.

Когда исследователи исследовали микробиомы этих мышей, они обнаружили, что у животных не было распространенного вида, называемого Lactobacillus reuteri. Когда они добавили штамм этой бактерии в рацион, животные снова стали социальными .

Доктор Коста-Маттиоли нашел доказательства того, что L. reuteri производит соединения, которые посылают сигнал к нервным окончаниям в кишечнике. Блуждающий нерв посылает эти сигналы из кишечника в мозг, где они меняют выработку гормона под названием окситоцин, который способствует социальным связям.

Оказывается, другие микробные виды также посылают сигналы прямо через блуждающий нерв. Третьи же общаются с мозгом через кровоток.

Вполне вероятно, что это влияние начинается до рождения, так как микробиом беременной матери выпускает молекулы, которые проникают в мозг плода .

Матери делятся со своими детьми микробами во время родов и грудного вскармливания. В течение первых нескольких лет жизни мозг и микробиом быстро созревают.

Чтобы понять влияние микробиома на развивающийся мозг, Ребекка Кникмейер, нейробиолог Университета штата Мичиган, изучает результаты фМРТ-сканирования младенцев.

В своем первом исследовании, опубликованном в январе, она сосредоточилась на миндалевидном теле, области обработки эмоций мозга, которую доктор Крайан и другие обнаружили измененными в мышах без микробов.

Доктор Никмайер и ее коллеги измерили силу связей между миндалевидным телом и другими областями мозга . Как обнаружили исследователи, дети с меньшим разнообразием видов микробов в кишечнике имеют более сильные связи.

Означает ли это, что микробиом с низким разнообразием определяет, что такие младенцы будут больше бояться других? Пока невозможно сказать — но доктор Никмайер надеется выяснить это, проведя больше исследований на младенцах.

direct?url=https%3A%2F%2Fstatic01.nyt.com%2Fimages%2F2019%2F01%2F29%2Fscience%2F29SCIMICROBIOMEJPFINAL%2Fmerlin_149740554_2ae4cb35-5130-49c5-bd45-534697e5b6ff-articleLarge

Защита от судорог

Поскольку исследователи лучше понимают, как микробиом влияет на мозг, они надеются, что врачи смогут использовать его для лечения психиатрических и неврологических заболеваний.

Возможно, они делали это в течение длительного времени — просто не зная об этом.

В начале 1900-х неврологи обнаружили, что у некоторых людей с эпилепсией на диете с низким содержанием углеводов и высоким содержанием белка и жира, судороги случались реже.

Мыши с эпилепсией испытывают такую же защиту от так называемой кетогенной диеты. Но никто не мог сказать почему. Элейн Хсиао, микробиолог Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, подозревала, что микробиом был тому причиной.

Чтобы проверить важность микробиома, доктор Хсиао и ее коллеги вырастили мышей, свободных от микробов. Когда они поместили мышей без микробов на кетогенную диету, они обнаружили, что у животные не получили защиту от судорог.

Но если они давали животным стул без микробов от мышей на кетогенной диете, припадки уменьшались .

Д-р Хсиао обнаружила, что два типа бактерий кишечника прекрасно сбя чувствуют в кишечниках мышей на кетодиете. Они могут предоставить своим хозяевам строительные блоки для нейромедиаторов, которые тормозят электрическую активность в мозге.

Вполне возможно, что людям с эпилепсией не нужно будет садиться на кетогенную диету, чтобы получить эти преимущества — в один прекрасный день они могут просто принять таблетку, содержащую бактерии, которые также хорошо сработают, как будто вы на диете.

Саркис Мазманиан, микробиолог Caltech, и его коллеги определили один штамм бактерий, который вызывает симптомы болезни Паркинсона у мышей . Он основал компанию, которая тестирует соединение, блокирующее сигналы, посылаемые миктором в блуждающий нерв.

Доктор Мазманиан и другие исследователи теперь должны научиться управлять этим непростым процессом. С одной стороны, их эксперименты оказались удивительно обнадеживающими, а с другой — ученые не хотят поощрять представление о том, что микробиомные методы лечения таких болезней, как Паркинсон, можно будет применять уже завтра.

Это не так легко, когда люди могут купить себе пробиотики без рецепта, и когда некоторые компании готовы использовать предварительные исследования, чтобы торговать микробами для лечения таких состояний, как депрессия.

— Науку можно перепутать с тем, что делают псевдоученые, — сказала д-р Хсиао.

Доктор Коста-Маттиоли надеется, что L. reuteri когда-нибудь поможет некоторым людям с аутизмом, но он предостерегает родителей от лечения детей с помощью купленных в магазине пробиотиков. Некоторые штаммы L. reuteri изменяют поведение мышей, но другие— нет.

Доктор Коста-Маттиоли и его коллеги все еще ищут наиболее эффективную концентрацию и выясняют правильную дозу, чтобы применить к людям: «Вы хотите пойти на клиническое испытание лучшего оружия, но я не уверен, что оно у нас есть», —сказал он.

Катажина Б. Хукс, биолог-вычислитель в Университете Бордо во Франции, предупредила, что исследования, подобные доктору Коста-Маттиоли, все еще необычны. Большинство из этих результатов получены в результате исследований с трансплантами кала или мышами без микробов, в которых особенно трудно определить причины изменений в поведении.

«У нас есть части пазла, и мы теперь пытаемся выяснить, что же собой представляет сама картинка», — сказала она.

  •  
  • 3
  •  
  •  
  •  
  •  

Вероника Семенова

Привет. Меня зовут Вероника. Я пишу статьи на актуальные и интересные темы, занимаюсь переводами, веду этот сайт, вяжу спицами, играю в WOW. Спасибо, что читаете.

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

All original content on these pages is fingerprinted and certified by Digiprove Анализ сайта boredsloth.net