Žiurkės bakterija įtakoja pelių socialinį elgesį • Aleksandras Markovas • Mokslinės naujienos apie "Elementus" • Mikrobiologija, evoliucija, zoologija

Žarnyno bakterijos veikia pelių socialinį elgesį

Pav. 1. Grafinė santrauka aptariamame straipsnyjeLąstelė. Palikuonių motinos buvo šeriami riebalų valgio (motinos Aukštos riebalų kiekio dietos, MHFD), turi pakitusi žarnyno mikrobiotą (disbiozė), sutrikimais (sutrikimas) socialinio elgesio, mažiau, gaminančių oksitocino neuronų pagumburio (PVN – paraventricular pagumburio branduolys), ir sumažėjo synaptic vidutinio smegenų ventraliozės (VTA) plastiškumas, reaguojant į socialinius stimulus. Visa tai išnyksta, jei dirbtinai užkrėsti MHFD pelių su žarnyno bakterijomis Lactobacillus reuteri

Dėl nutukusių motinų palikuonis padidėja "autizmo spektro sutrikimų" rizika, įskaitant sutrikusią socialinę elgseną. Eksperimentai su pelėmis parodė, kad šių nukrypimų pagrindas yra žarnyno mikrobiota. Piktose, kurių motinos maitina riebalinius maisto produktus, oksitocino gamyba hipotalamyje mažėja, "vidaus atlygio" sistema reaguoja į socialinius stimulus, todėl susilpnėja bendravimo interesas. Pasirodo, kad visi šie simptomai išnyksta, jei pelėms pridedame tik vieną žarnyno bakterijų tipą – Lactobacillus reuteri.

Simbiozinė mikrobiota, įskaitant žarnyną, veikia daugelį gyvūnų fiziologijos, elgsenos ir evoliucijos aspektų (žr.nuorodos naujienų pabaigoje). Žarnyno mikrobiota yra iš dalies paveldima (pvz., Žinduoliams, bakterijos veiksmingai perduodamos iš motinos į vaikus gimdant ir maitinant krūtimi) iš dalies priklauso nuo sąlyčio su kitais asmenimis ir, žinoma, nuo dietos.

Kita vertus, žinoma, kad motinos dieta gali turėti įtakos palikuonių neurologinėms ir elgesio savybėms. Visų pirma, žmonėms autizmo spektro sutrikimų tikimybė padidėja nuo pusantro iki dviejų kartų, jei mama turi antsvorį nėštumo metu (žr. P. Krakowiak ir kt., 2012 m.). Anksčiau buvo parodyta, kad pelėms kai kuriems simptomams, būdingiems autizmui (nerimas, stereotipiniai judesiai), galima sušvelninti, pridedant žarnyno bakterijas į maistą. Bacteroides fragilis. Tačiau ši procedūra neturi įtakos pelių socialiniam elgesiui ir jų susidomėjimui bendrauti su savo artimaisiais (žr. "Žarnyno disbiozės gydymas atleidžia autizmo simptomus", Elements, 2013 m. Gruodžio 13 d.). Šie duomenys rodo, kad žarnyno mikrobiota gali keistis ryšiu tarp nutukusių motinų ir autizmo palikuonių.

Nejungeologai ir mikrobiologai iš Baylor College of Medicine, Houston (JAV) nusprendė išbandyti šią hipotezę.Kadangi tokių eksperimentų neįmanoma atlikti žmonėms, pelės vėl buvo pasirinktos kaip pavyzdinis objektas. Darbe daugiausia dėmesio buvo skiriama socialinio elgesio pažeidimams.

Visų pirma reikėjo įsitikinti, kad pelėms, kaip (galbūt) žmonėms, priežasčių ir efektų ryšių grandinė "veikia pernelyg didelę motinos mitybą → nutukimas → palikuonių autizmas". Dėl to moterys buvo suskirstytos į kontrolines ir eksperimentines grupes. Kontrolės moterys buvo laikomos standartine mityba, kurios metu buvo daug riebalų. Kaip ir buvo tikėtasi, tai sukėlė ryškų nutukimą moterims eksperimentinėje grupėje.

Tada palikuonys buvo gaunamos iš visų moterų, kurios po tris savaites maitino krūtimi maitinant maistą standartiniu (mažai riebalų) maistu keturias savaites. Riebalų mamos palikuonis (motinos riebalų dieta, MHFD) nesiskyrė nuo įprastų motinų palikuonių (motinos reguliarioji mityba, MRD) kūno svorio. Tačiau jų socialiniame elgesyje jie labai skiriasi: MHFD pelės (pernelyg maitinančių motinų palikuonys) labai sumažino susidomėjimą bendravimu, palyginti su MRD (paprastai maitinančių motinų palikuonys).

Socialinis elgesys buvo išbandytas įvairiais būdais: pavyzdžiui, į ląstelę buvo įdėtos dvi nepažįstamos pelės ir skaičiuojamas kontaktų skaičius ir trukmė. Kito bandymo planas parodytas Fig. 2

Pav. 2 Bendruomeniškumo ir susidomėjimo svetimi žmonės tyrimai. Bandymo pelė įdedama į ląstelę, suskirstyta į tris skydus su vielos tinkleliu ir leidžiama pradėti (Habituation). Tada į kairę sekciją įdiekite kitą pelę (M1), o dešinysis paliekamas tuščias (E) ir matuoja bandymų gyvūnams praleistą laiką prie kiekvieno iš dviejų skyrių (sociability test). Po to, dešinėje dalyje (M2) ir pamatysite, ar nepažįstamasis pritrauktų daugiau tiriamo asmens dėmesio (socialinės naujovės tyrimas). Vaizdas iš straipsnio diskusijoje Ląstelė

Visų testų metu MHFD pelių (perteklius mamų palikuonys) buvo bloga socialinė elgsena: jie nenorėjo bendrauti su giminaičiais ir nerodė didesnio susidomėjimo svetimais, būdingų normalioms pelėms.

Mikrobiota analizė parodė, kad MHFD ir MRD pelių (įprastai maitinamų motinų palikuonių) bakterijų bendruomenių struktūra labai skiriasi ir jų skirtumai yra maždaug vienodi jų motinoms.Dabar reikėjo sužinoti, ar yra ryšys tarp pakeistos žarnyno mikrobioto ir sutrikusio socialinio elgesio.

Pelėms praeina koprofagija, taigi dalijimasis su kitomis pelėmis turėtų palengvinti žmonių tarpus keitimąsi žarnyno bakterijomis. Paaiškėjo, kad jei jaunoji MHFD pelytė gyvena vienoje dėžutėje su trimis MRD pelėmis 4-5 savaites, jos žarnyno mikrobiota tampa beveik tokia pati kaip ir MRD pelėse, o socialinis elgesys yra visiškai normalizuotas. Tokiu atveju MHFD pelės, kurios gyveno su kitomis trimis MHFD pelėmis, buvo naudojamos kaip kontrolė (jie išliko socialiai pažeidžiami). Šis rezultatas atitinka prielaidą, kad MHFD pelių pokyčiai žarnyno mikrobiote yra sutrikdyto socialinio elgesio priežastis.

Kitas klausimas yra tai, kokie mikrobiota pokyčiai yra atsakingi už pernelyg sugertų motinų palikuonių asocialumą. Gal jie turi tam tikrų specialių bakterijų, pažeidžiančių jų elgseną žarnyne, ir galbūt, priešingai, trūksta tam tikrų mikroorganizmų, kurie užtikrina įprastą sveikų pelių socialinį elgesį. Autoriai išbandė, kas atsitiks, jei trys MHFD pelės keletą savaičių gyveno su viena MRD pelė. Paaiškėjo, kad šiuo atveju MHFD elgesys yra normalizuotas, o pele MRD jis išlieka normalus.Tai reiškia, kad labiausiai tikėtinas dalykas yra tas, kad trūksta MHFD asocialių pelių mikrobiota, o ne tai, kad jame yra kažkas kenksmingos.

Tokiu atveju pelėms, visiškai neturinčioms bakterijų mikrobiota (be gemalo), taip pat turėtų būti asocialus. Tai buvo išbandyta ir patvirtinta: pelių be pelenų rezultatai parodė maždaug tokius pačius rezultatus kaip MHFD visuose socialiniuose tyrimuose. Be to, pasirodė, kad dirbtinai "užkrėstų" keturių savaičių antimikrobinių pelių su sveikų MRD pelių mikrobiota (šėrimo kraikas), jų socialinis elgesys visiškai normalizuotas, taip pat žarnyno bakterijų sudėtis. Tačiau to neįvyks, jei tokia pati procedūra bus atliekama su pelėmis, kuriomis nėra gemalo, per aštuonias savaites (šiuo atveju žarnyno mikrobiota sudėtis normalizuojama, o socialinis elgesys nėra). MHFD pelių išmatos, kaip galima būtų tikėtis, neturi tokio gydomojo poveikio, nesvarbu, kokio amžiaus jie yra šeriami pelėmis be gemalo. Šie rezultatai atitinka prielaidą, kad mikrobiota kažkaip turi įtakos pečių smegenų vystymuisi.

Metagenominė analizė parodė keletą paplitusių žarnyno bakterijų rūšių, kurių skaičius smarkiai sumažėjo MHFD, palyginti su MRD. Labiausiai sumažėjo bakterijų skaičius (pagal dydį) Lactobacillus reuteri. Anksčiau buvo parodyta, kad L. reuteri veikia oksitocino, svarbiausio socialinio elgesio reguliuojančio hormono, gamybą (T. Poutahidis ir kt., 2013 m. Mikrobio simbiontai pagreitina žaizdą per neuropeptidų hormono oksitociną). Taigi atsirado galimas mikrobiota poveikio socialiniam elgesiui mechanizmas: riebalų maistas sumažina jų skaičių L. reuteri motinos ir jų palikuonys, tai lemia oksitocino gamybos sumažėjimą smegenyse ir dėl to asocialumą.

Norėdami išbandyti šią hipotezę, autoriai pridėjo gyvų bakterijų. L. reuteri į vandenį, kurį maitina MHFD pelės nuo 3 iki 7 savaičių. Remiantis lūkesčiais, šis "bioadditives" normalizavo eksperimentinių gyvūnų socialinį elgesį. Žinoma, tai neturėjo įtakos MRD pelėms, nes jų jau yra pakankamai L. reuteri žarnyne. Negyvosios bakterijos L. reuteri Asociacija nėra išgydoma. Įtraukiant į kitos rūšies tą pačią rūšį vandenį, L. johnsonii, kurių skaičius taip pat sumažintas MHFD, palyginti su MRD.

MHFD pelėse ir pelių be pelių, be asocialumo, pastebimi kiti autizmo požymiai: pasikartojantys veiksmai ir padidėjęs nerimas. Šie simptomai neišnyksta pridedant L. reuteri į vandenį, nei iš MRD pelių pelių pakratų. Kita vertus, anksčiau buvo įrodyta, kad jie pašalinami maisto žarnyno bakterijomis Bacteroides fragilis (žiūrėkite: žarnyno disbiozės gydymas sumažina autizmo požymius, "Elements", 2013 12/13).

Vienu ar kitu būdu, įtaka L. reuteri labai specifinis: tai veikia tik socialinį elgesį, bet ne kitas "autizmo spektro sutrikimų" sudedamąsias dalis, būdingas pelėms, kurių sutrikusi žarnyno mikrobiota.

Visiškai laikantis hipotezės, kad L. reuteri įtakoja socialinį elgesį, aktyvuojant smegenų oksitocino sistemą, MHFD pelėse sumažėjo oksitocino gaminantys neuronai paraventrikulinėse hipotalamikozės branduoliuose, kurie buvo atsakingi už oksitocino gamybą (su nuolatiniu šių neuronų skaičiumi šiuose branduoliuose). Pridedant L. reuteri geriamasis vanduo normalizuoja oksitocino spinduliuojančių neuronų skaičių.

Svarbiausias žinduolių socialinio elgesio vaidmuo yra vidinė armuojanti sistema, kurios pagrindą sudaro dopaminerginiai neuronai vidurinėje smegenų padangų regione (VTA) (žr .: "Atlygio sistema" nustatė, kad neuronai susijaudina gerais išankstiniais įspūdžiais, Elements, 2012 m. Vasario 10 d.).Šie neuronai gauti signalus iš oksitocino paraventricular branduolių, kuri padidina jų jautrumą kitų signalų (gliutamaterginių), pažymėtų socialiai reikšmingą informaciją. Paprasčiau tariant, oksitocinas, kuris patenka į VTA iš paraventrikulinių branduolių, priklauso nuo susidomėjimo giminaičiais ir malonumo, gaunamo bendraujant su jais.

Analizė glutamaterginės sužadinimo posinapsinius srovių VTA dopamino neuronų parodė, kad MRD pelėms (šeriamos normalaus palikuonių motinoms) viena diena po dešimties minučių bendravimo su nepažįstamą pele Šios srovės yra sustiprinamos palyginti su MHFD (palikuonių overfed motinos). Vieną dieną po bendravimo su pažįstama pele, MRD ir MHFD toksinių nervų uždegimas yra vienodas. Taigi, motinos mityba turi įtakos ilgalaikiam atsako vidaus kurso socialinės naujumą stiprumą.

Galiausiai, atlikus paskutinę eksperimentų seriją, autoriai parodė, kad MHFD bakterijų pelių dirbtinė infekcija L. reuteri Atkuria įprastą VTA atsaką į socialinius ryšius. Tas pats efektas ir suteikia paprastą nosies įlašinimo, pelės oksitocino.

Taigi, vaizdas yra gana sudedamas ir įtikinamas.Dieta, kurios sudėtyje yra didelės riebalinės rūgštys, sukelia nutukimą ir smarkiai sumažina L. reuteri moteriškoje žarnoje. Motina perduoda sutrikdytą mikrobiotą palikuonims. Nuo bakterijų L. reuteri reikalinga normaliam smegenų oksitocinerginės sistemos vystymuisi, tokiuose palikuoniuose mažėja oksitocino neuronų skaičius hipotalamyje. Dėl šios priežasties vidinė atlygio sistema (VTA) nesimokioja, kad susidarytų malonūs jausmai reaguojant į socialinius stimulus, o gyvūnai abejingai bendrauja.

Poveikio mechanizmas L. reuteri oksitocino gamyba paraventrikulinio branduolio lieka matyti. Tačiau yra rimtų priežasčių manyti, kad jame dalyvauja blauzdos nervas, kuris perduoda signalus iš žarnyno į smegenis, įskaitant paraventrikulinį branduolį. Tokiu būdu informacija apie žarnyno infekcijas patenka į smegenis, kuri stimuliuoja imuninį atsaką (X. Wang ir kt., 2002). Kitas žarnyno laktobacilų tipas L. rhamnosus, sumažina nerimą dėl streso, taip pat dalyvauja ir blauzdos nervas (jei jis yra supjaustytas, poveikis išnyksta). Galiausiai yra tiesioginių duomenų, nurodančių, kad L. reuteri įtakoja oksitocino gamybą pelėms, kurią paskatino blauzdos nervas (T. Poutahidis ir kt., 2013.Mikrobiniai simbiontai Pagreitina žaizdų gijimą (per neuropeptidų hormono oksitociną).

Ar šios išvados taikomos asmeniui? Tai gali būti labai gerai. Kaip jau minėta, antsvorio motinos padidina tikimybę "autizmo spektro sutrikimų" žmonėms. Yra žinoma, kad daugeliui tokių sutrikimų turintys žmonės skirsto žarnyno mikrobiotą. Taip pat žinoma, kad nutukimas yra susijęs su pokyčiais žmonių ir kitų primatų žarnyno mikrobiote. Nes L. reuteri gydo "autizmo" pelėms už antsitiškumą ir bakteriją Bacteroides fragilis sumažina kitus simptomus, tokius kaip padidėjęs nerimas ir pasikartojantys veiksmai, galima daryti prielaidą, kad tinkamai parinktas žarnyno bakterijų kompleksas gali būti veiksminga autizmo požymių gydymo priemonė ne tik pelėms, bet ir žmonėms.

Čia vis dar galite spekuliuoti, kad pačios bakterijos gali būti naudingos norint skatinti jų savininkų bendravimą ir ypač susidomėjimą svetimais, nes tai padeda bakterijoms užkrėsti naujus šeimininkus. Tęsiant šią motyvaciją, galima fantazuoti apie galimą mikrobiota vaidmenį socialinės elgsenos evoliucijoje apskritai ir jo individualių formų, įskaitant net religinius kultuose. Šiems idėjoms domėjantiems skaitytojams rekomenduoju Aleksandro Pančino ir jo kolegų straipsnį: Aleksandras Y. Pančinas, Aleksandras I.Tuzhikov ir Yuri V. Panchin, 2014 m. Midichloriai – biomedžiagos hipotezė: ar egzistuoja mikrobinis komponentas religiniams ritualams?

Šaltinis: Shelly A. Buffington, Gonzalo Viana Di Prisco, Thomas A. Auchtung, Nadim J. Adamy, Joseph F. Petrosino, Mauro Costa-Mattioli. Mikrobų susidarymas. Motinos dietos sukeltas socialinis ir sinaptinis deficitas palikuonyse Ląstelė. 2016. V. 165. P. 1762-1775.

Taip pat žr. Simbiozinės mikrobioto poveikį daugiaukšlių organizmų fiziologijai ir elgesiui:
1) Žarnyno mikroflora paverčia žmogų "superorganizmu", "Elementai", 2006 06 09.
2) Toksoplazma – parazitas, manipuliuojantis žmogaus kultūra, "Elements", 05.09.2006.
3) Symbiotic bakterijos pakeitė jūrų širdį virškinimo organais ir išmatomis, Elements, 2006 rugsėjo 19 d.
4) Bedbugs tiekia savo palikuonis su naudingomis bakterijomis, Elements, 2006.10.13.
5) Augalas, grybelis ir virusas kartu yra atsparūs aukštai temperatūrai, "Elements", 2007 01 29.
6) amarų sugebėjimas prisitaikyti prie temperatūros svyravimų priklauso nuo simbiozinių bakterijų, Elements, 2007 m. Balandžio 13 d.
7) Žarnyno bakterijos padeda Japonijos virškinamiesiems dumbliams, "Elements", 2010-08-04.
8) santuokos partnerio pasirinkimas gyvūnuose priklauso nuo bakterijų, "Elements", 2010.11.12.
9) Simbiozinės bakterijos perdažo savo šeimininkus žalia, "Elements", 2010 11/30.
10) Žarnyno mikroflora veikia autoimuninių ligų polinkį, "Elementai", 2013 04 04.
11) Žarnyno disbiozės gydymas sumažina autizmo simptomus, "Elements", 2013 12 12.
12) I. Zilber-Rosenbergas, E. Rosenbergas.Mikroorganizmų ir augalų vaidmuo: hologenomų evoliucijos teorija // FEMS mikrobiologijos apžvalgos. 2008.

Aleksandras Markovas


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

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