W jaki sposób drobnoustroje jelitowe pomagają myszom gasić wspomnienia związane ze strachem?
Nowe badania na myszach pokazują, jak mikroby w jelitach mogą wpływać na zdolność oduczania się reakcji strachu. Badanie dostarcza szczegółowych wskazówek na temat mechanizmów komórkowych i molekularnych łączących jelita i mózg.
W ciągu ostatnich 10–20 lat naukowcy obserwowali, jak bakterie żyjące w ludzkim ciele i na nim wpływają na zdrowie.
Pojawiły się dowody na to, jak zakłócenia w tych społecznościach drobnoustrojów wiążą się z chorobami, a nawet zmianami w zachowaniu.
Związki te są również widoczne w związkach między niektórymi zaburzeniami autoimmunologicznymi a stanami psychiatrycznymi.
Na przykład osoby ze stwardnieniem rozsianym lub nieswoistym zapaleniem jelit (IBD) mogą mieć zaburzenia bakterii jelitowych i doświadczać zaburzeń nastroju, lęku i depresji.
Jednak chociaż badania te potwierdziły istnienie osi jelitowo-mózgowej, mechanizmy, na których się ona opiera, pozostają niejasne.
Nowe badanie, które znajduje się w niedawnym Natura papier, przedstawia bezprecedensowe szczegóły procesów komórkowych i molekularnych, które łączą drobnoustroje jelitowe i komórki mózgowe.
„Nikt jeszcze nie zrozumiał, w jaki sposób IBD i inne przewlekłe choroby żołądkowo-jelitowe wpływają na zachowanie i zdrowie psychiczne” - mówi współautor badania David Artis, profesor immunologii i dyrektor badań IBD w Weill Cornell Medicine w Nowym Jorku.
„Nasze badanie to początek nowego sposobu zrozumienia całego obrazu” - dodaje.
Uczenie się i zapominanie
W badaniu prof. Artis i współpracownicy wykorzystali myszy, aby dowiedzieć się, jak zaburzenia jelitowe wpływają na komórki mózgowe.
Wykorzystali swoją wiedzę w zakresie zachowań zwierząt, sekwencjonowania genów i chemii komórek.
Badanie skupiło się na tym, jak dobrze zwierzęta były w stanie nauczyć się i zapomnieć o wyzwalaczu strachu, korzystając z eksperymentu, który naukowcy nazywają „warunkowaniem strachu i uczeniem się wygaszania”.
W eksperymencie myszy uczą się kojarzyć wstrząs elektryczny na łapie z jednoczesnym dźwiękiem tonu.
Ostatecznie ton sam w sobie może wywołać taką samą reakcję strachu, jak wstrząs elektryczny.
Po wielokrotnym wystawieniu na działanie tonu bez towarzyszącego mu porażenia prądem, myszy mają tendencję do zapominania o skojarzeniu. Dzieje się tak, ponieważ ich mózgi przyzwyczajają się do faktu, że zagrożenie już nie istnieje.
Jednak naukowcy odkryli, że myszy, których jelita były wolne od zarazków od urodzenia lub których mikroby jelitowe zostały znacznie zredukowane w wyniku leczenia antybiotykami, wykazywały wyraźne zmniejszenie zdolności uczenia się, że zagrożenie już nie istnieje. Innymi słowy, ich mózgi nie aktualizowały się do nowych warunków.
Zmienione geny w mikrogleju
Genetyczne badanie mikrogleju w mózgach zwierząt rzuciło trochę światła na molekularny mechanizm stojący za tym efektem.
Naukowcy przyjrzeli się ekspresji genów w środkowej korze przedczołowej (mPFC), „obszarze mózgu, o którym wiadomo, że ma kluczowe znaczenie dla uczenia się wygaszania”.
Mikroglej to komórki odpornościowe, które żyją w mózgu i odgrywają liczne role w jego rozwoju i funkcji.
Jednym z ich zadań jest pomoc w stymulowaniu i przycinaniu połączeń między neuronami lub komórkami nerwowymi w celu przebudowy obwodów mózgowych.
Naukowcy odkryli, że brak drobnoustrojów jelitowych zmienił ekspresję genów mikrogleju w mPFC myszy w taki sposób, że zakłócał normalne tworzenie się neuronów i eliminowanie połączeń podczas uczenia się i zapominania.
Zespół odkrył również istotne zmiany w chemikaliach mózgu u myszy pozbawionych drobnoustrojów jelitowych, takie jak zmieniony poziom cząsteczek, które odgrywają rolę w stanach neuropsychiatrycznych, takich jak autyzm i schizofrenia.
Przywracanie bakterii jelitowych działa tylko we wczesnym okresie życia
Naukowcy przeprowadzili również eksperymenty, w których odtworzyli bakterie jelitowe u myszy wolnych od zarazków w różnym wieku.
Odkryli, że te myszy były w stanie oduczyć się warunkowej reakcji strachu, ale tylko wtedy, gdy odtworzyły bakterie jelitowe tuż po urodzeniu.
Uważali to za ważne odkrycie, ponieważ wiele schorzeń psychiatrycznych związanych z autoimmunizacją ma również związek z problemami występującymi we wczesnych stadiach rozwoju mózgu.
„Oś jelito-mózg wpływa na każdego człowieka na co dzień” - zauważa prof. Artis.
Chociaż jest zbyt wcześnie, aby mieć pewność, współkierowniczy badacz, dr Conor Liston, sugeruje, że przy dalszych badaniach odkrycia te ostatecznie doprowadzą do nowych celów terapeutycznych.
„To coś, co będziemy musieli przetestować w przyszłości” - mówi.
„Zaczynamy rozumieć, jak jelita wpływają na choroby tak różnorodne, jak autyzm, choroba Parkinsona, zespół stresu pourazowego i depresja”.
Prof. David Artis
