Кишкові бактерії можуть "розмовляти" з мозком і впливати на поведінку, — вчені

миша
Фото: кора Земли

Дослідження на мишах показало, що вони несуть в кишківнику величезну кількість бактерій, і ці кишкові мікроби впливають на роботу мозку гризунів.

Вчені хотіли з'ясувати, як кишкові бактерії впливають на активність мереж мозку, що беруть участь в соціальній поведінці мишей, повідомляє Livescience.

Зазвичай, коли зустрічаються дві миші, які ніколи не бачилися раніше, два гризуни обнюхують вуса один одного і деруться один на одного. Однак миші без мікробів, у яких відсутні кишкові бактерії, активно уникають соціальних взаємодій з іншими мишами.

"Соціальні порушення у мишей без мікробів — це не новина", — говорить Вей-Лі Ву, доцент Національного університету Ченг Кунг на Тайвані і запрошений науковий співробітник Каліфорнійського технологічного інституту. Ву і його команда хотіли зрозуміти, що рухає цим стриманим поводженням — чи справді кишкові мікроби впливають на те, які нейрони активуються в мозку миші, і, таким чином, впливають на готовність гризунів до спілкування?

Коли Ву вперше почув, що бактерії можуть впливати на поведінку тварин, він подумав: "Звучить приголомшливо, але трохи неймовірно", — говорить він. Будучи докторантом в Каліфорнійському технологічному інституті, він почав проводити експерименти з мишами, вільними від мікробів, і став свідком їх дивної соціальної поведінки. Хоча ця поведінка описувалася в різних дослідженнях, Ву хотів зрозуміти, чому вона виникає.

У своєму новому дослідженні вчені порівняли активність мозку і поведінку нормальних мишей з мишами з двох інших груп. В одній миші були вирощені в стерильному середовищі, щоб бути вільними від мікробів, в інший мишам давали антибіотики, які знищили їх кишкових бактерій.

Вчені помістили своїх стерильних і оброблених антибіотиками мишей в клітини з невідомими мишами, щоб спостерігати за їх соціальною взаємодією. Як і очікувалося, обидві групи мишей уникали спілкування з незнайомцями. Після цього тесту команда провела безліч експериментів, щоб побачити, що відбувалося в мозку тварин.

Спочатку вчені досліджували мозок тварин на наявність c-Fos, гена, який включається в активних клітинах мозку. Порівняно з нормальними мишами, миші без бактерій показали підвищену активацію c-Fos у областях мозку, що беруть участь в реакції на стрес, включаючи гіпоталамус, мигдалеподібне тіло і гіпокамп.

Цей сплеск активності мозку збігся з сплеском гормону стресу, званого кортикостероном, у мишей, вільних від мікробів, і мишей, яких лікували антибіотиками, тоді як таке ж підвищення не спостерігалося у мишей з нормальною мікрофлорою.

Кортикостерон переважно виробляється центральною системою реакції організму на стрес, відомою як вісь гіпоталамус-гіпофіз-надниркові залози (HPA). Побачивши сплеск кортикостерону у мишей, вільних від мікробів, команда задалася питанням, чи може втручання у вісь HPA знизити рівень стресу і "виправити" поведінку гризунів.

Команда спочатку вивчила наднирник, останній компонент осі HPA. Вони виявили, що видалення надниркових залоз, очевидно, покращує соціальну поведінку мишей. При зустрічі з незнайомцем миші без кишкових мікробів поводили себе так само, як і миші з нормальною мікрофлорою. Блокування вироблення кортикостерону за допомогою ліків також збільшувало товариськість гризунів.

Потім команда провела ще кілька експериментів, націлених на гіпоталамус, перший компонент осі HPA. Вони зосередили увагу на конкретних клітинах мозку, які продукують кортикотропін-рилізинг-фактор (CRF), пептид, який запускає ланцюгову реакцію активності уздовж осі HPA і є ключовим для виробництва кортикостерону. Вони вставили спеціально розроблені рецептори в нейрони CRF в гіпоталамусі, що дозволило команді вмикати і вимикати ці нейрони по за допомогою певних ліків. Відключення нейронів у мишей, які отримували антибіотики, підвищило їх товариськість до незнайомців. І навпаки, включення клітин у нормальних мишей змушувало їх раптово уникати соціальних взаємодій.

Це відкриття вказує на те, що клітини гіпоталамуса можуть бути надактивними у мишей, вільних від мікробів, і що кишкові мікроби якимось чином допомагають їх послабити у нормальних мишей. Це, зі свого боку, модулює активність осі HPA і вироблення гормонів стресу.

Підтверджуючи цю теорію, вчені виявили, що введення бактерії Enterococcus faecalis стерильним мишам і мишам, які отримували лікування антибіотиками, також сприяло соціальній активності та зниженню рівня кортикостерону у тварин.

"У сукупності ці експерименти переконливо довели, що у нормальних мишей кишкові мікроби певним чином модулюють вироблення кортикостерону і допомагають тваринам брати участь в соціальній поведінці, тоді як миші без мікробів справляються з надлишком гормону стресу і, таким чином, не беруть участі у соціальній взаємодії", говорить Дієго Бохоркес, нейробіолог з Університету Дьюка. "Але як це працює на рівні кишківника, залишається неясним".

"Ми все ще хочемо дізнатися, що саме ці бактерії роблять з тілом?" — каже Ву.

Крім експериментів на мишах, цей напрямок досліджень може колись допомогти вченим лікувати людей з психоневрологічними розладами, такими як тривожні розлади і розлади аутистичного спектру, якщо припустити, що деякі з спостережень на тварин можна перенести на людей, каже Бохоркес.