Tarmbakterien påvirker musens sociale adfærd • Alexander Markov • Videnskabsnyheder om "Elements" • Mikrobiologi, Evolution, Zoologi

Tarmbakterier påvirker musens sociale adfærd

Fig. 1. Grafisk resumé af artiklen under drøftelse iCell. Afkom mødre blev fodret et fedtholdigt måltid (Maternal fedtrig kost, MHFD), har en ændret intestinal mikroflora (Dysbiosis), svækket (Nedsat) social adfærd, færre producerer oxytocin neuroner i hypothalamus (PVN – paraventrikulære hypothalamus nucleus), og nedsat synaptisk plasticitet i ventral midbrain (VTA) som reaktion på sociale stimuli. Alt dette går væk, hvis kunstigt inficerer MHFD-mus med intestinale bakterier Lactobacillus reuteri

Afkom af overvægtige mødre har en øget risiko for "autismespektrumforstyrrelser", herunder forstyrret social adfærd. Forsøg på mus viste, at grundlaget for disse afvigelser er ændringer i tarmmikrobiotikken. Hos mus, hvis mødre blev fodret et fedtholdigt måltid, nedsætter produktionen af ​​oxytocin i hypothalamus, svagere respons, "det interne belønningssystem" til sociale stimuli, og som følge heraf mistet interessen for samtalen. Det viste sig, at alle disse symptomer forsvinder, hvis vi kun tilføjer en type tarmbakterier til mus – Lactobacillus reuteri.

Symbiotisk mikrobiota, herunder tarm, påvirker mange aspekter af fysiologi, adfærd og evolution af dyr (se.links i slutningen af ​​nyhederne). Tarmmikrobiotas sammensætning er delvis arvelig (for eksempel i pattedyr overføres bakterier effektivt fra moder til børn under fødslen og under amning), afhænger delvis af kontakt med andre personer og selvfølgelig fra kost.

På den anden side er det kendt, at moderens kost kan påvirke afkomens neurologiske og adfærdsmæssige karakteristika. Især i mennesker øges sandsynligheden for autismespektrumforstyrrelser en og en halv til to gange, hvis moderen er overvægtig under graviditeten (se: P. Krakowiak et al., 2012.). Det blev tidligere vist at hos mus kan nogle symptomer, der er karakteristiske for autisme (angst, stereotype bevægelser) lindres ved at tilføje tarmbakterier til mad. Bacteroides fragilis. Denne procedure påvirker imidlertid ikke musens sociale adfærd og deres interesse i at kommunikere med deres slægtninge (se: Behandling af intestinal dysbiose lindrer symptomerne på autisme, elementer, 13. december 2013). Disse data tyder på, at ændringer i tarmmikrobiota kan ligge til grund for forbindelsen mellem overvægtige mødre og autistiske afkom.

Neuroscientists og mikrobiologer fra Baylor College of Medicine i Houston (USA) besluttede at teste denne hypotes eksperimentelt.Da det er umuligt at gennemføre sådanne eksperimenter hos mennesker, blev mus valgt igen som et modelobjekt. Arbejdets fokus var på overtrædelser af social adfærd.

Først og fremmest var det nødvendigt at sikre, at hos mus, som (formodentlig) hos mennesker, virker kæden af ​​årsag-og-effekt-relationer "moder modermælk → fedme → afkoms autisme". Hertil blev kvinder inddelt i kontrol- og forsøgsgrupper. Kontrol kvinder blev holdt på en standard kost, oplevet – på en diæt med højt fedtindhold. Som forventet førte dette til en udtalt fedme hos kvinder i forsøgsgruppen.

Derefter blev afkom fra alle kvinder, der efter en tre ugers ammestid blev fodret med standard (fedtfattig) mad i fire uger. Afkom fra fede mødre (moderfedtfattig kost, MHFD) afviste ikke fra afkom af normale mødre (Maternal Regular Diet, MRD) i legemsvægt. I deres sociale adfærd varierede de imidlertid radikalt: MHFD-mus (efterkommere af overfødte mødre) viste en kraftigt reduceret interesse for kommunikation i forhold til MRD (efterkommere af normalt fodrede mødre).

Social adfærd blev testet på forskellige måder: for eksempel blev to uvant mus anbragt i en celle, og antallet og varigheden af ​​kontakter blev talt. Udformningen af ​​en anden test er vist i fig. 2.

Fig. 2. Testing for sociability og interesse for fremmede. Testmusen sættes i en celle, opdelt i tre rum med et trådnet, og får lov til at komme i gang (Habituation). Sæt derefter en anden mus i venstre rum (M1), og den rigtige er efterladt tom (E) og måler den tid, der bruges af forsøgsdyrene i nærheden af ​​hvert af de to rum (sociability test). Derefter plantes en anden mus i højre rum (M2) og se om den fremmede vil tiltrække øget opmærksomhed hos den testede person (test for social nyhed). Billede fra artiklen i diskussion Cell

MHFD-mus (efterkommere af overfødte mødre) viste i alle tests nedsat social adfærd: de ønskede ikke at kommunikere med deres slægtninge og viste ikke øget interesse for fremmede, der var typiske for normale mus.

Analyse af mikrobiota viste, at strukturen af ​​bakterielle samfund i tarmene af MHFD og MRD-mus (efterkommere af normalt fodrede mødre) afviger betydeligt, og deres forskelle er omtrent de samme for deres mødre.Nu var det nødvendigt at finde ud af om der er en forbindelse mellem den ændrede tarmmikrobiota og nedsat social adfærd.

Mus praksis coprophagy, så deling med andre mus bør lette udvekslingen af ​​tarmbakterier mellem individer. Det viste sig, at hvis den unge MHFD-mus lever i samme kasse med tre MRD-mus i 4-5 uger, bliver dens intestinale mikrobiota næsten den samme som i MRD-mus, og den sociale adfærd er fuldstændig normaliseret. I dette tilfælde blev MHFD-mus, der levede sammen med de andre tre MHFD-mus, anvendt som kontrol (de forblev socialt mangelfuldt). Dette resultat er i overensstemmelse med antagelsen om, at ændringer i tarmmikrobiota i MHFD-mus er årsagen til forstyrret social adfærd.

Det næste spørgsmål er, hvilke mikrobiota ændringer der er ansvarlige for asocialiteten af ​​afkom af overfødte mødre. Måske har de nogle specielle bakterier, der krænker deres adfærd i tarmene, og måske tværtimod mangler de nogle mikroorganismer, der sikrer den normale sociale adfærd hos raske mus. Forfatterne testede hvad der ville ske, hvis tre MHFD-mus levede i flere uger med en MRD-mus. Det viste sig, at i dette tilfælde normaliseres opførelsen af ​​MHFD, mens den i MRD-musen forbliver normal.Det betyder, at det mest sandsynlige er, at der mangler noget i mikrobiotikken af ​​MHFD-asocialmus, og ikke i det faktum, at der er noget skadeligt i den.

I dette tilfælde bør mus fuldstændig uden bakteriel mikrobiota (bakteriefri) også være asocial. Det blev testet og bekræftet: de kimfrie mus viste omtrent de samme resultater som MHFD i alle sociale tests. Desuden viste det sig, at hvis kunstigt "inficerede" fire-ugers antimikrobielle mus med mikrobioten af ​​raske MRD-mus (ved fodring af kuld), normaliseredes deres sociale adfærd, såvel som sammensætningen af ​​tarmbakterier. Dette sker dog ikke, hvis den samme procedure er udført med kimfrie mus ved otte uger (i dette tilfælde er sammensætningen af ​​tarmmikrobioten normaliseret, og social adfærd er ikke). Afføringen af ​​MHFD-mus, som man ville forvente, har ikke en sådan helbredende virkning, uanset hvilken alder de bliver fodret med kimfrie mus. Disse resultater er i overensstemmelse med antagelsen om, at mikrobiota på en eller anden måde påvirker udviklingen af ​​musens hjerne.

Metagenomisk analyse afslørede flere almindelige arter af intestinale bakterier, hvoraf antallet er reduceret kraftigt i MHFD sammenlignet med MRD. Antallet af bakterier faldt mest (med en størrelsesorden) Lactobacillus reuteri. Det blev tidligere vist det L. reuteri påvirker produktionen af ​​oxytocin, det vigtigste hormon, der regulerer social adfærd (T. Poutahidis et al., 2013. Microbial Symbionts Accelerate Wound via Neuropeptid Hormone Oxytocin). Således begyndte en mulig mekanisme for mikrobiotas indflydelse på social adfærd at forekomme: en fed kost reducerer antallet L. reuteri mødre og deres afkom, dette fører til et fald i oxytocins produktion i hjernen og som følge heraf til asocialitet.

For at teste denne hypotese tilføjede forfatterne levende bakterier. L. reuteri ind i vandet fodret med MHFD-mus i alderen 3 til 7 uger. I overensstemmelse med forventningerne normaliserede denne "bioadditive" de eksperimentelle dyrs sociale adfærd. Det påvirker ikke MRD-musene selvfølgelig, fordi de allerede har nok L. reuteri i tarmene. Døde bakterier L. reuteri Asocialitet er ikke helbredt. Tilsætning til vandet af en anden art af samme art, L. johnsonii, hvoraf også antallet reduceres i MHFD sammenlignet med MRD.

I MHFD-mus og i kimfrie mus udover asocialitet observeres andre symptomer, der er karakteristiske for autisme: gentagne handlinger og øget angst. Disse symptomer forsvinder ikke ved at tilføje L. reuteri ind i vandet eller fra fodring af muskullet af MRD-mus. På den anden side blev det tidligere vist, at de fjernes ved tilsætning af humane tarmbakterier til mad Bacteroides fragilis (se: Behandling af tarmdysbiose lindrer symptomerne på autisme, "Elements", 12/13/2013).

På den ene eller anden måde er indflydelsen L. reuteri meget specifik: det påvirker kun social adfærd, men ikke andre komponenter i "autismespektrumforstyrrelser", der er karakteristiske for mus med nedsat tarmmikrobiotika.

I fuld overensstemmelse med den hypotese, at L. reuteri påvirker social adfærd ved aktivering af oxytocinsystemet i hjernen; i MHFD-mus reduceres antallet af oxytocinproducerende neuroner i de paraventrikulære hypotalamukerner, der er ansvarlige for produktionen af ​​oxytocin (med et konstant totalt antal neuroner i disse kerner). Ud L. reuteri i drikkevand normaliserer antallet af oxytocin-emitterende neuroner.

Den vigtigste rolle i pattedyrs sociale adfærd er spillet af det indre forstærkningssystem, hvis fundament består af dopaminerge neuroner i den ventrale midterhjulsdækregion (VTA) (se: I "belønningssystemet" blev der fundet neuroner spændt af gode præmonitioner, Elements, 10. februar 2012).Disse neuroner modtager oxytocinsignaler fra paraventrikulære kerner, hvilket øger deres modtagelighed over for andre signaler (glutamatergiske), der bærer samfundsmæssigt vigtig information. For at sige det, er oxytocin, som kommer til VTA fra paraventrikulære kerner, afhængig af interessen i slægtninge og den fornøjelse, der opnås ved at kommunikere med dem.

Analyse af de glutamatergiske eksitatoriske postsynaptiske strømme i VTA dopaminneuroner viste, at i MRD-mus (efterkommere af normalt fodrede mødre) en dag efter ti minutters kontakt med en uvant mus, forbedres disse strømninger sammenlignet med MHFD (efterkommere af overfødte mødre). En dag efter kommunikation med en velkendt mus er excitabiliteten af ​​disse neuroner lige så lav i MRD og MHFD. Mødres kost påvirker således styrken af ​​det langsigtede respons i det interne aflønningssystem til social nyhed.

Endelig viste forfatterne i den sidste serie eksperimenter, at kunstig infektion af mus med MHFD-bakterier L. reuteri Genopretter det normale VTA svar på sociale kontakter. Den samme effekt giver en simpel indstilling af oxytocin i næsen.

Således er billedet ret sammenfaldende og overbevisende.En kost med høj fedt fører til fedme og reducerer dramatisk antallet af L. reuteri i tyndtarmen. Mor overfører sin forstyrrede mikrobiota til afkom. Siden bakterierne L. reuteri nødvendigt for den normale udvikling af hjernens oxytocinergiske system. I sådanne afkom reduceres antallet af oxytocinneuroner i hypothalamus. På grund af dette lærer det interne belønningssystem (VTA) ikke at skabe behagelige følelser som reaktion på sociale stimuli, og dyrene bliver ligeglade med kommunikationen.

Indflydelse mekanisme L. reuteri Fremstillingen af ​​oxytocin ved paraventrikulære kerner er fortsat at se. Der er dog god grund til at tro på, at vagusnerven er involveret i den, som overfører signaler fra tarmen til hjernen, herunder den paraventrikulære kerne. Det er på denne måde, at information om intestinale infektioner kommer ind i hjernen, hvilket stimulerer immunresponset (X. Wang et al., 2002). En anden type af intestinal lactobacillus, L. rhamnosus, reducerer angst under stress, og vagusnerven deltager også i dette (hvis det er skåret, forsvinder effekten). Endelig er der direkte data, der indikerer det L. reuteri påvirker produktionen af ​​oxytocin hos mus medieret af vagusnerven (T. Poutahidis et al., 2013.Microbial Symbionts Accelerate Wound Healing (via Neuropeptid Hormone Oxytocin).

Er disse resultater gældende for personen? Det kan meget vel være. Som allerede nævnt øger overvægtige mødre sandsynligheden for "autismespektrumforstyrrelser" hos mennesker. Det er kendt, at mange mennesker med sådanne lidelser har brudt intestinal mikrobiota. Det er også kendt, at fedme ledsages af ændringer i tarmmikrobioten hos mennesker og andre primater. som L. reuteri helbreder "autistiske" mus for asocialitet og bakterien Bacteroides fragilis lindrer andre symptomer, såsom øget angst og gentagne handlinger, er det muligt at antage, at et korrekt valgt kompleks af tarmbakterier kan være et effektivt middel til at behandle symptomerne på autisme ikke kun hos mus, men også hos mennesker.

Her kan du stadig spekulere på, at bakterierne selv kan være gavnlige for at stimulere deres ejers sociabilitet og især interessen for fremmede, fordi det hjælper bakterier til at inficere nye værter. Ved at fortsætte denne tankegang kan man fantasere om mikrobiotas mulige rolle i udviklingen af ​​den sociale adfærd i almindelighed og dens individuelle former, herunder også religiøse kulturer. For læsere interesseret i sådanne ideer anbefaler jeg en artikel af Alexander Panchin og hans kolleger: Alexander Y. Panchin, Alexander I.Tuzhikov og Yuri V. Panchin, 2014. Midichlier – biomemhypotesen: er der en mikrobiel komponent til religiøse ritualer?.

Kilde: Shelly A. Buffington, Gonzalo Viana Di Prisco, Thomas A. Auchtung, Nadim J. Ajami, Joseph F. Petrosino, Mauro Costa-Mattioli. Microbial Reconstitution Maternal Diet-inducerede sociale og synaptiske mangler i afkom // Cell. 2016. V. 165. P. 1762-1775.

Se også effekten af ​​symbiotisk mikrobiota på fysiologi og opførsel af multicellulære organismer:
1) Intestinal mikroflora gør en person til en "superorganisme", "Elements", 09.06.2006.
2) Toxoplasma – en parasit, der manipulerer menneskekulturen, "Elements", 09/05/2006.
3) Symbiotiske bakterier erstattede den marine orm med fordøjelseskanaler og excreta, Elements, 19 september, 2006.
4) Bedbugs fodrer deres afkom med gavnlige bakterier, "Elements", 13.10.2006.
5) Planten, svampen og virussen kombineret til at modstå de høje temperaturer, "Elements", 29.01.2007.
6) Bladlusens evne til at tilpasse sig temperaturudsving afhænger af symbiotiske bakterier, Elements, 13. april 2007.
7) Tarmbakterier hjælper japanskerne til at fordøje alger, "Elements", 04/08/2010.
8) Valget af ægteskabspartner i dyr afhænger af bakterierne "Elements", 12.11.2010.
9) Symbiotiske bakterier gentager deres værter i grøn, "Elements", 11/30/2010.
10) Intestinal mikroflora påvirker prædispositionen til autoimmune sygdomme, "Elements", 04.24.2013.
11) Behandling af tarmdysbiose lindrer symptomerne på autisme, "Elements", 12/13/2013.
12) I. Zilber-Rosenberg, E. Rosenberg.Mikroorganismer og planters rolle: Den hologenome teori om evolution // FEMS Mikrobiologi Anmeldelser. 2008.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: