Kuinka suolistomikrobit auttavat hiiriä sammuttamaan pelomuistot?
Uusi tutkimus hiirillä osoittaa, kuinka suoliston mikrobit voivat vaikuttaa kykyyn oppia pelkäävät reaktiot. Tutkimus tuottaa yksityiskohtaisia vihjeitä solu- ja molekyylimekanismeista, jotka yhdistävät suoliston ja aivot.
Viimeisten 10–20 vuoden aikana tutkijat ovat havainneet, kuinka ihmiskehossa ja sen päällä elävät bakteerit vaikuttavat terveyteen.
On tullut näyttöä siitä, kuinka häiriö näissä mikrobiyhteisöissä liittyy sairauksiin ja jopa käyttäytymismuutoksiin.
Nämä assosiaatiot näkyvät myös tiettyjen autoimmuunisairauksien ja psykiatristen tilojen suhteissa.
Esimerkiksi multippeliskleroosia tai tulehduksellista suolistosairautta (IBD) sairastavat ihmiset ovat saattaneet häiritä suolistobakteereja ja kokea mielialahäiriöitä, ahdistusta ja masennusta.
Vaikka nämä tutkimukset ovat vahvistaneet suolisto-aivojen akselin olemassaolon, sen perustana olevat mekanismit ovat olleet epäselviä.
Uusi tutkimus, joka sisältyy äskettäin Luonto paperi, tarjoaa ennennäkemättömän yksityiskohtia solu- ja molekyyliprosesseista, jotka yhdistävät suoliston mikrobit ja aivosolut.
"Kukaan ei ole vielä ymmärtänyt, kuinka IBD ja muut krooniset ruoansulatuskanavan sairaudet vaikuttavat käyttäytymiseen ja mielenterveyteen", kertoo toisen tutkimuksen kirjoittaja David Artis, immunologian professori ja IBD-tutkimuksen johtaja Weill Cornell Medicine -yliopistossa New Yorkissa.
"Tutkimuksemme on alku uudelle tavalle ymmärtää kokonaiskuva", hän lisää.
Oppiminen ja unohtaminen
Tutkimusta varten professori Artis ja kollegat käyttivät hiiriä selvittääkseen, miten suoliston mikrobihäiriöt vaikuttavat aivosoluihin.
He käyttivät asiantuntemustaan eläinten käyttäytymisessä, geenien sekvensoinnissa ja solukemiassa.
Tutkimuksessa keskityttiin siihen, kuinka hyvin eläimet pystyivät oppimaan ja unohtamaan pelon laukaisun kokeessa, jota tutkijat kutsuvat "pelon ehdollistamiseksi ja sukupuuttoon oppimiseksi".
Kokeessa hiiret oppivat liittämään tassun sähköiskun samanaikaiseen äänimerkkiin.
Lopulta ääni itsessään voi saada aikaan saman pelkovasteen kuin sähköisku.
Toistetun altistumisen sävylle ilman siihen liittyvää sähköiskua hiiret yleensä unohtavat yhteyden. Tämä johtuu siitä, että heidän aivonsa päivittyvät siihen, että uhkaa ei enää ole.
Tutkijat havaitsivat kuitenkin, että hiiret, joiden suolistossa ei ollut alkua syntymästä, tai joiden suolimikrobit olivat olleet huomattavasti vähentyneet antibioottihoidon takia, osoittivat selvästi heikentyneen kykyä oppia, ettei uhkaa enää ollut. Toisin sanoen heidän aivonsa eivät päivittyneet uusiin olosuhteisiin.
Muuttuneet geenit mikroglia
Eläinten aivojen mikroglian geneettinen tutkimus valaisi tämän vaikutuksen taustalla olevaa molekyylimekanismia.
Tutkijat tarkastelivat geeniekspressiota mediaalisessa prefrontaalisessa aivokuoressa (mPFC), "aivojen alueella, jonka tiedetään olevan ratkaiseva sukupuuttoon oppimisen kannalta".
Microglia ovat immuunisoluja, jotka elävät aivoissa ja joilla on lukuisia rooleja sen kehityksessä ja toiminnassa.
Yksi heidän tehtävistään on auttaa stimuloimaan ja karsimaan neuronien tai hermosolujen välisiä yhteyksiä aivopiirien uudistamiseksi.
Tutkijat havaitsivat, että suolimikrobien puuttuminen muutti mikroglia-geeniekspressiota hiirten mPFC: ssä siten, että se häiritsi sitä, kuinka neuronit normaalisti muodostavat ja eliminoivat yhteyksiä oppimisen ja unohtamisen aikana.
Tiimi löysi myös merkittäviä muutoksia aivokemikaaleissa hiirissä, joista puuttui suolimikrobit, kuten muuttuneet molekyylitasot, joilla on merkitystä neuropsykiatrisissa olosuhteissa, kuten autismi ja skitsofrenia.
Suolibakteerien palauttaminen toimii vain varhaisessa vaiheessa elämää
Tutkijat suorittivat myös kokeita, joissa he palauttivat suolistobakteereja itu vapaissa hiirissä eri ikäisinä.
He havaitsivat, että näiden hiirten oli mahdollista oppia ehdollinen pelkovaste, mutta vain jos he palauttivat suolistobakteerit heti syntymän jälkeen.
He pitivät tätä tärkeänä havaintona, koska monilla autoimmuniteettiin liittyvillä psykiatrisilla sairauksilla on myös yhteyksiä aivojen kehityksen alkuvaiheessa esiintyviin ongelmiin.
"Suolen ja aivojen akseli vaikuttaa jokaiseen ihmiseen, jokaisen elämänsä päivään", professori Artis huomauttaa.
Vaikka on liian aikaista olla varma, apututkija tohtori Conor Liston ehdottaa, että jatkotutkimusten avulla nämä havainnot johtavat lopulta uusiin hoitokohteisiin.
"Tätä meidän on testattava jatkossa", hän sanoo.
"Olemme alkaneet ymmärtää enemmän siitä, kuinka suolisto vaikuttaa niin erilaisiin sairauksiin kuin autismi, Parkinsonin tauti, traumaperäinen stressihäiriö ja masennus."
Professori David Artis
