Кишечные бактерии могут «разговаривать» с мозгом и влиять на поведение, — ученые

Фото: LiveScience

Ученые хотели выяснить, как кишечные бактерии влияют на активность сетей мозга, участвующих в социальном поведении мышей, сообщает Livescience

Обычно, когда встречаются две мыши, которые никогда не виделись раньше, два грызуна обнюхивают усы друг друга и карабкаются друг на друга. Однако мыши без микробов, у которых отсутствуют кишечные бактерии, активно избегают социальных взаимодействий с другими мышами.

"Социальные нарушения у мышей без микробов — это не новость", — говорит Вей-Ли Ву, доцент Национального университета Ченг Кунг на Тайване и приглашенный научный сотрудник Калифорнийского технологического института. Ву и его команда хотели понять, что движет этим сдержанным поведением — действительно ли кишечные микробы влияют на то, какие нейроны активируются в мозге мыши, и, таким образом, влияют на готовность грызунов к общению?

Когда Ву впервые услышал, что бактерии могут влиять на поведение животных, он подумал: "Звучит потрясающе, но немного невероятно", — говорит он. Будучи докторантом в Калифорнийском технологическом институте, он начал проводить эксперименты с мышами, свободными от микробов, и стал свидетелем их странного социального поведения. Хотя это поведение описывалось в различных исследованиях, Ву хотел понять, почему оно возникает.

В своем новом исследовании ученые сравнили активность мозга и поведение нормальных мышей с мышами из двух других групп. В одной мыши были выращены в стерильной среде, чтобы быть свободными от микробов, в другой мышам давали антибиотики, которые уничтожили их кишечных бактерий.

Ученые поместили своих стерильных и обработанных антибиотиками мышей в клетки с неизвестными мышами, чтобы наблюдать за их социальным взаимодействием. Как и ожидалось, обе группы мышей избегали общения с незнакомцами. После этого теста команда провела множество экспериментов, чтобы увидеть, что происходило в мозге животных.

Сначала ученые исследовали мозг животных на наличие c-Fos, гена, который включается в активных клетках мозга. По сравнению с нормальными мышами, мыши без бактерий показали повышенную активацию c-Fos в областях мозга, участвующих в реакции на стресс, включая гипоталамус, миндалевидное тело и гиппокамп.

Этот всплеск активности мозга совпал с всплеском гормона стресса, называемого кортикостероном, у мышей, свободных от микробов, и мышей, леченных антибиотиками, в то время как такого же повышения не наблюдалось у мышей с нормальной микрофлорой.

Кортикостерон в основном вырабатывается центральной системой реакции организма на стресс, известной как ось гипоталамус-гипофиз-надпочечники (HPA). Увидев всплеск кортикостерона у мышей, свободных от микробов, команда задалась вопросом, может ли вмешательство в ось HPA снизить уровень стресса и "исправить" поведение грызунов.

Команда сначала изучила надпочечник, последний компонент оси HPA. Они обнаружили, что удаление надпочечников, по-видимому, улучшает социальное поведение мышей. При встрече с незнакомцем мыши без кишечных микробов вели себя так же, как и мыши с нормальной микрофлорой. Блокирование выработки кортикостерона с помощью лекарств также увеличивало общительность грызунов.

Затем команда провела еще несколько экспериментов, нацеленных на гипоталамус, первый компонент оси HPA. Они сосредоточили внимание на конкретных клетках мозга, которые продуцируют кортикотропин-рилизинг-фактор (CRF), пептид, который запускает цепную реакцию активности вдоль оси HPA и является ключевым для производства кортикостерона. Они вставили специально разработанные рецепторы в нейроны CRF в гипоталамусе, что позволило команде включать и выключать эти нейроны по с помощью определенного лекарства. Отключение нейронов у мышей, получавших антибиотики, повысило их общительность по отношению к незнакомцам. И наоборот, включение клеток у нормальных мышей заставляло их внезапно избегать социальных взаимодействий.

Это открытие указывает на то, что клетки гипоталамуса могут быть сверхактивными у мышей, свободных от микробов, и что кишечные микробы каким-то образом помогают их ослабить у нормальных мышей. Это, в свою очередь, модулирует активность оси HPA и выработку гормонов стресса.

Подтверждая эту теорию, ученые обнаружили, что введение бактерии Enterococcus faecalis стерильным мышам и мышам, получавшим лечение антибиотиками, также способствовало социальной активности и снижению уровня кортикостерона у животных.

"В совокупности эти эксперименты убедительно доказали, что у нормальных мышей кишечные микробы каким-то образом модулируют выработку кортикостерона и помогают животным участвовать в социальном поведении, в то время как мыши без микробов справляются с переизбытком гормона стресса и, таким образом, не участвуют в социальном взаимодействии", говорит Диего Бохоркес, нейробиолог из Университета Дьюка. "Но как это работает на уровне кишечника, остается неясным".

"Мы все еще хотим узнать, что именно эти бактерии делают с телом?" — говорит Ву.

Помимо экспериментов на мышах, это направление исследований может когда-нибудь помочь ученым лечить людей с психоневрологическими расстройствами, такими как тревожные расстройства и расстройства аутистического спектра, если предположить, что некоторые из наблюдений на животных можно перенсти на людей, говорит Бохоркес.