Kā zarnu mikrobi palīdz pelēm nodzēst atmiņas par bailēm?
Jauns pētījums ar pelēm parāda, kā mikrobi zarnās var ietekmēt spēju neizzināt bailes. Pētījums dod detalizētas norādes par šūnu un molekulārajiem mehānismiem, kas savieno zarnu un smadzenes.
Pēdējo 10–20 gadu laikā zinātnieki ir novērojuši, kā baktērijas, kas dzīvo cilvēka ķermenī un uz tā, ietekmē veselību.
Ir parādījušies pierādījumi par to, kā šo mikrobu kopienu traucējumi ir saistīti ar slimībām un pat ar uzvedības izmaiņām.
Šīs asociācijas ir acīmredzamas arī attiecībās starp noteiktiem autoimūniem traucējumiem un psihiskiem stāvokļiem.
Piemēram, cilvēki ar multiplo sklerozi vai iekaisīgu zarnu slimību (IBD), iespējams, ir izjaukuši zarnu baktērijas un piedzīvo garastāvokļa traucējumus, trauksmi un depresiju.
Lai gan šie pētījumi ir apstiprinājuši zarnu-smadzeņu ass esamību, mehānismi, kas to pamato, ir neskaidri.
Jaunais pētījums, kas atspoguļots nesen Daba papīrs piedāvā bezprecedenta šūnu un molekulāro procesu detaļas, kas savieno zarnu mikrobus un smadzeņu šūnas.
"Neviens vēl nav sapratis, kā IBD un citi hroniski kuņģa un zarnu trakta apstākļi ietekmē uzvedību un garīgo veselību," saka līdzautors pētījuma autors Deivids Artis, imunoloģijas profesors un IBD pētījumu direktors Weill Cornell Medicine Ņujorkā.
"Mūsu pētījums ir sākums jaunam veidam, kā izprast kopainu," viņš piebilst.
Mācīšanās un aizmiršana
Pētījumam prof. Artis un kolēģi izmantoja peles, lai uzzinātu, kā zarnu mikrobu darbības traucējumi ietekmē smadzeņu šūnas.
Viņi izmantoja savu pieredzi dzīvnieku uzvedībā, gēnu sekvencēšanā un šūnu ķīmijā.
Izmeklēšana koncentrējās uz to, cik labi dzīvnieki spēja iemācīties un aizmirst bailes izraisītāju, izmantojot eksperimentu, ko zinātnieki sauc par “mācīšanos no bailēm un izmiršanu”.
Eksperimentā peles iemācās saistīt elektrisko šoku uz ķepas ar vienlaicīgu toņa skanējumu.
Galu galā pats signāls var izraisīt tādu pašu baiļu reakciju kā elektrošoks.
Pēc atkārtotas toņa iedarbības bez pavadoša elektrošoka peles mēdz aizmirst asociāciju. Tas ir tāpēc, ka viņu smadzenes atjaunojas līdz faktam, ka draudi vairs nepastāv.
Tomēr pētnieki atklāja, ka pelēm, kuru zarnās kopš dzimšanas nebija dīgļu, vai kuru zarnu mikrobi bija ievērojami samazinājušies ārstēšanas ar antibiotikām dēļ, ievērojami samazinājās spēja uzzināt, ka draudi vairs nepastāv. Citiem vārdiem sakot, viņu smadzenes neatjaunojās uz jaunajiem apstākļiem.
Mainīti gēni mikroglijā
Dzīvnieku smadzenēs veiktā mikrogliju ģenētiskā izpēte nedaudz atklāj šī efekta molekulāro mehānismu.
Pētnieki pētīja gēnu ekspresiju mediālajā prefronta garozā (mPFC), "smadzeņu zonā, kas, kā zināms, ir izšķiroša mācība izmiršanas jomā".
Microglia ir imūnās šūnas, kas dzīvo smadzenēs un kurām ir daudz lomu tās attīstībā un darbībā.
Viens no viņu uzdevumiem ir palīdzēt stimulēt un apgriezt savienojumus starp neironiem vai nervu šūnām, lai pārveidotu smadzeņu ķēdes.
Pētnieki atklāja, ka zarnu mikrobu trūkums izmainīja mikrogliju gēnu ekspresiju peles mPFC tādā veidā, ka tas traucēja neironu normālu veidošanos un novērš savienojumus mācīšanās un aizmirstības laikā.
Komanda arī atrada būtiskas izmaiņas smadzeņu ķīmiskajās vielās pelēm, kurām trūkst zarnu mikrobu, piemēram, mainīts molekulu līmenis, kam ir nozīme neiropsihiatriskos apstākļos, piemēram, autisms un šizofrēnija.
Zarnu baktēriju atjaunošana darbojas tikai dzīves sākumā
Pētnieki arī veica eksperimentus, kuros dažādos vecumos viņi atjaunoja zarnu baktērijas pelēm bez dīgļiem.
Viņi atklāja, ka šīm pelēm bija iespējams uzzināt nosacītu baiļu reakciju, taču tikai tad, ja tās atjaunoja zarnu baktērijas tieši pēc piedzimšanas.
Viņi uzskatīja to par svarīgu atradumu, jo daudziem psihiskiem stāvokļiem, kas saistīti ar autoimunitāti, ir arī saikne ar problēmām, kas rodas smadzeņu attīstības sākumposmā.
"Zarnu-smadzeņu ass ietekmē katru cilvēku, katru dzīves dienu," atzīmē prof. Artis.
Lai gan ir par agru pārliecināties, līdzpētnieks Dr Conor Liston ierosina, ka ar turpmākiem pētījumiem šie atklājumi galu galā novedīs pie jauniem ārstēšanas mērķiem.
"Tas ir kaut kas, kas mums būs jāpārbauda arī turpmāk," viņš saka.
"Mēs sākam vairāk saprast, kā zarnas ietekmē tik dažādas slimības kā autisms, Parkinsona slimība, posttraumatiskā stresa traucējumi un depresija."
Prof. Deivids Artis
