Мишките носят изобилна бактериална общност в червата си и тези чревни микроби влияят върху начина на работа на мозъка на гризачите, според ново проучване.
По-конкретно, изследователите искаха да разберат как чревните бактерии влияят върху дейността на мозъчните мрежи, участващи в социалното поведение на мишките. Обикновено, когато мишката се натъкне на мишка, която никога не е срещала, двамата гризачи се душат взаимно и се обикалят един друг, подобно на това как две кучета се поздравят при среща. Но мишки, на които липсват чревни бактерии, активно избягват социалните взаимодействия с други мишки и вместо това остават странно дистанцирани.
"Социалното увреждане при мишки без микроби не е новост", казва първият автор Уей-Ли Ву, асистент в Националния университет на Ченг Кунг в Тайван и гост сътрудник в Калифорнийския технологичен институт. Но Ву и неговият екип искали да разберат какво движи това необичайно поведение - влияят ли всъщност чревните бактерии върху това кои неврони се запалват в мозъка на мишката, като по този начин влияят на готовността на гризачите да се сближат.
Козато Ву за първият път чул, че бактериите могат да повлияят на поведението на животните, той си помислил: "Това звучи страхотно, но малко невероятно", казва той на Live Science. Но като постдокторант в Caltech, той започнал да провежда експерименти с мишки без микроби и станал свидетел на странното им социално поведение от първа ръка. Това странно поведение е описано в различни изследвания, но Ву искал да разбере защо се появява.
В новото си проучване, публикувано в сряда (30 юни) в списание Nature, изследователите сравняват мозъчната активност и поведението на нормални мишки с това на две други групи: мишки, отглеждани в стерилна среда, за да бъдат без микроби и мишки, лекувани с мощен коктейл от антибиотици, които унищожават чревните им бактерии. (Веднага след като мишките, отгледани без микроби, навлязат в нестерилна среда, те ще започнат да събират бактерии, така че изследователите могат да използват тази партида само веднъж. Мишките, лекувани с антибиотици, не се влияят от средата и могат да бъдат използвани за множество експерименти.)
Екипът поставя своите мишки без микроби и третирани с антибиотици в клетки с непознати мишки, за да наблюдава техните социални взаимодействия. Както се очаквало, и двете групи мишки избягвали взаимодействия с непознати. След този поведенчески тест екипът провел множество експерименти, за да види какво се случва в мозъка на животните, което може да води до тази странна социална динамика.
Първо екипът изследвал мозъка на животните за c-Fos, ген, който се включва в активните мозъчни клетки. В сравнение с нормалните мишки, мишките без бактерии показвали повишена активация на c-Fos в мозъчните области, участващи в реакциите на стрес, включително хипоталамуса, амигдалата и хипокампуса.
Този скок в мозъчната активност съвпадал със скок в стресовия хормон, наречен кортикостерон, при мишки без микроби и лекувани с антибиотици, докато същото увеличение не се наблюдавало при мишки с нормални микробиоми или съобщества на микроби. "След социалното взаимодействие - това е само петминутно взаимодействие, ясно се наблюдава, че ... всички те имат по-високи хормони на стреса", казва Ву.
Кортикостеронът се произвежда предимно от централната система за реакция на стрес в тялото, известна като ос хипоталамус-хипофиза-надбъбречна жлеза (HPA). Оста HPA свързва две мозъчни структури (хипоталамуса и хипофизата) с надбъбречните жлези, разположени на бъбреците. След като наблюдава скок в кортикостерона в мишки без микроби, екипът се запита дали с оста на HPA може да върне тези нива надолу и да "коригира" поведението на гризачите.
Екипът първо се заел с надбъбречната жлеза, последният компонент на оста HPA. Те откриват, че премахването на надбъбречната жлеза изглежда засилва социалното поведение на мишките. При среща с непознат, мишките без чревни микроби се държали подобно на тези с нормални микробиоми. Блокирането на производството на кортикостерон с лекарства също повишавало комуникативността на гризачите, както и блокирането или изтриването на рецепторите, които свързват кортикостерона в мозъка, известни като глюкокортикоидни рецептори. Без рецептори за свързване на хормона на стреса, мишките не реагирали на скокове в кортикостерона.
След това екипът направил повече експерименти, насочени към хипоталамуса, първия компонент в оста HPA. Те увеличили специфична популация от мозъчни клетки, които произвеждат кортикотропин - освобождаващ фактор (CRF), пептид, който предизвиква верижна реакция на активност по оста HPA и е ключов за производството на кортикостерон. Те вмъкнали специално проектирани рецептори върху CRF невроните в хипоталамуса, което позволило на екипа да включва и изключва тези неврони, използвайки специфично лекарство. Изключването на невроните при мишки, лекувани с антибиотици, повишавало тяхната общителност към непознати, а включването на клетките при нормални мишки ги карало да настръхват и да избягват социалните взаимодействия.
Това откритие било знак, че тези хипоталамусни клетки може да са свръхактивни при мишки без микроби и че някак си, чревните микроби помагат да се настроят при нормални мишки. Това от своя страна би модулирало активността на оста HPA и производството на хормони на стреса.
Екипът установил, че въвеждането на бактерията Enterococcus faecalis в мишки без микробиом и в лекувани с антибиотици, също насърчава социалната активност и намалява нивата на кортикостерон при животните. "Когато я въведат, изглежда, че социалното поведение е спасено, така да се каже", казва Диего Бооркес, доцент и невролог в Медицинския факултет на университета Дюк, който изучава връзката между червата и мозъка и не е участвал в проучването.
Но докато екипът специално се насочва към E. faecalis, Бооркес подозира, че множество микроби работят заедно, за да модулират производството на хормона на стреса.
Тези експерименти сочат, че при нормални мишки чревните микроби по някакъв начин модулират производството на кортикостерон и помагат на животните да участват в социално поведение, докато мишките без тези микроби са сполетени от изобилие на хормона на стреса и по този начин отхвърлят възможности за социално взаимодействие, каза Бооркес. Но как работи това на нивото на червата, остава неясно, добави той.
"Беше логична стъпка да се погледне в мозъка, но има голяма пропаст по отношение на това какво се случва между червата и мозъка", каза той. Например, червата произвеждат свои собствени ендоканабиноиди, клас химически пратеник, който също се намира в мозъка, и тези химикали се свързват с оста HPA, отбеляза той. Рецептори за CRF също могат да бъдат намерени в червата. Големият въпрос е как чревният микробиом може да използва тези мрежи, за да "говори" с мозъка и по този начин да помогне да се контролира поведението от дълбините на червата, каза Бооркес.
"Все още искаме да изясним, какво точно прави тази бактерия на тялото", казва Ву. "Мисля, че това е ясният път, по който искаме да продължим да копаем."
Освен експерименти с мишки, тези изследвания може някой ден да помогнат на учените да лекуват хора с невропсихиатрични разстройства, като тревожност и разстройство от аутистичния спектър, като приемем, че някои от наблюденията при животни се пренасят върху хората, каза Бооркес. Изследванията показват, че тревожността и аутизмът често съвпадат със стомашно-чревни разстройства, като запек и диария, както и с нарушения на чревния микробиом, съобщават учените в списанията General Psychiatry и JAMA. През последното десетилетие учените изследват тази връзка между червата и мозъка с надеждата да разработят нови подходи за лечение на такива нарушения.
