Бактерия e. листов влияет на социальное поведение мышей

Потомство матерей, которые страдают от ожирения, имеет повышенный риск “расстройства аутистического спектра”, в том числе нарушено социальное поведение. Эксперименты на мышах показали, что в основе этих отклонений являются изменения кишечной микробиоты. У мышей, чьи матери, чтобы поесть жирной пищи, уменьшает выработку окситоцина в гипоталамусе, ослабляет реакцию “системы награды” на социальные стимулы и, как следствие, пропадает интерес к общению. Оказалось, что все эти симптомы исчезают, если вы добавите мышей в пищу только один вид кишечных бактерий — Lactobacillus reuteri.

Симбиотическая микробиота, в том числе e. листов, влияет на многие аспекты физиологии, поведения и эволюции животных (см. ссылки в конце новости). Состав кишечной микробиоты является частично наследственной (например, у млекопитающих эффективно бактерии передаются от матери к ребенку во время родов и грудного вскармливания), частично зависит от контактов с другими особями и, конечно же, диета.

С другой стороны, известно, что диета матери может влиять на неврологические и поведенческие характеристики потомства. В частности, лица, вероятность расстройств аутистического спектра увеличивается в полтора-два раза, если мать во время беременности имеет избыточный вес (см.: P. Krakowiak et al., 2012. Материнский Метаболический Conditions and Risk for Autism and Other развития Нервной системы, кожные заболевания). Ранее было показано, что у мышей некоторые симптомы, характерные для аутизма (тревожность, стереотипные движения), можно ослабить, добавляя в корма, бактерии кишечника , Bacteroides fragilis. Тем не менее, социальное поведение мышей и их интересы, чтобы общаться с сородичами эта процедура не влияет (см. Лечение дисбактериоза кишечника снимает симптомы аутизма, “Элементы”, 13.12.2013). Эти данные свидетельствуют о том, что в основе связи между ожирением матери и аутизм щенки могут остаться изменения кишечной микробиоты.

У неврологов и микробиологи из Медицинского колледжа Бейлора в Хьюстоне (США) решили проверить эту гипотезу экспериментально. Потому что на людей, чтобы проводить такие эксперименты невозможно, так как модель объекта вновь были выбраны мыши. Основное внимание в работе было уделено расстройств социального поведения.

Для начала необходимо убедиться, что у мышей, как и (возможно) от людей, работает цепь причинно-следственных связей “избыточное питание матери → ожирение → аутизм потомство”. Для этого женщин разделили на контрольной и опытной группы. Контроля женщин держали на стандартной диете, с опытом работы — на диете с повышенным содержанием жиров. Как и ожидалось, это привело к ярко выраженное ожирение у женщин в опытной группе.

Затем, на всех самок было получено потомство, которое, после трех недель кормления грудью, в течение четырех недель кормили стандартным (слабое) питание. Щенки толстые мамы (Материнский high-fat diet, MHFD) не отличались от последователей нормальных матерей (Материнский регулярные диеты, MRD) вес тела. Однако, по своему социальному поведению, они отличаются радикально: мышь MHFD (потомки перекормленных матери), показал неожиданно низкий интерес к связи по сравнению с MRD (потомки нормально питавшихся матерей).

Социальное поведение был протестирован в различных режимах: например, два неизвестных мышей, сидя в камере и подсчитывали количество и продолжительность контакта. Дизайн другой тест, представлена на рис. 2.

Рис. 2. Тестирование на социабельность и интерес к иностранцам. Испытаны мышь, чтобы положить в камеру, подразделенную на три отсека проволочной сетки, и дать немного учиться (Habituation). Затем, в левый отсек, поставил другой мыши (M1), а правую оставить пустой (Е) и измеряется время, затраченное тестируемым домашних животных, для каждого из двух отсеков (тест на социабельность). После этого, в правый отсек, поставил другую мышь (М2) и забыть, чтобы привлечь, если неизвестно повышенное внимание людей, тестирование (тест социальной новизна). Изображение из обсуждаемых статей на Сотовый

Мышь MHFD (потомки перекормленных мам) в все тесты показали нарушено социальное поведение: они не хотят общаться с сородичами и не представляет характерно для нормальных мышей повышенного интереса к иностранным.

Анализ микробиоты показал, что структура сообществ бактерий в кишечнике мышей MHFD и MRD (потомки нормально питавшихся матерей) значительно различаются, и их матери, эти различия примерно такие же. Теперь необходимо выяснить, есть ли связь между измененной кишечной микробиотой и нарушениями социального поведения.

Мышь практикуют копрофагию, так что совместное проживание с другими мышей, должно облегчить обмен кишечных бактерий между особями. Оказалось, что, если молодая мышь MHFD поживет в коробке с тремя мышей MRD 4-5 недель, это. листов микробиота становится почти такой же, как у мышей, MRD, а социальное поведение-это совершенно нормально. В качестве контроля в данном случае были использованы мыши MHFD, жил в то же время с трех других мышей MHFD (они остались социально ущербными). Этот результат согласуется с предположением, что изменение кишечной микробиоты у мышей MHFD является причиной социального поведения.

Следующий вопрос — какие изменения микробиоты ответственность за асоциальность потомки перекормленных матери. Может быть, у них в кишечнике живут определенные бактерии, которые нарушают поведение, а может, наоборот, они свободны от любых микроорганизмов, которые обеспечивают нормальное социальное поведение здоровых мышей. Авторы проверили, что будет, если три мыши MHFD поживут несколько недель с помощью мыши MRD. Оказалось, что и в этом случае, поведение MHFD нормально, а мышь MRD она остается нормальной. Так что, скорее всего, делать это, что в микробиоте асоциальных мышей MHFD-то не хватает, и не в том, что в ней присутствует что-то вредное.

В данном случае, мыши, полностью лишенные бактериальной микробиоты (безмикробные), также должны быть асоциальными. Это было проверено и подтвердилось: безмикробные мыши показали все тесты на социальность примерно такие же результаты, как и MHFD. Более того, оказалось, что, если искусственно “заразить” четырехнедельных безмикробных мышей микробиотой здоровых мышей MRD (через волокна мусор), то их социальное поведение совершенно нормально, так же, как и состав кишечных бактерий. Однако, этого не происходит, если же процедуру делать с безмикробными мышей в восьминедельном возрасте (в этом случае, состав кишечной микробиоты нормально, а социальное поведение — нет). Фекалии мышей MHFD, как и ожидалось, не имеют такой целительной действий, независимо от их возраста ни скармливали безмикробным мышам. Эти результаты согласуются с предположением, что микробиота влияет на развитие мозга мышат.

Метагеномный анализ выявил несколько массовых видов кишечных бактерий, численность которых резко сокращается в MHFD по сравнению с MRD. Прежде всего (в порядке) сократилось число бактерий Lactobacillus reuteri. Ранее было показано, что L. reuteri влияет на выработку окситоцина — гормона, который регулирует социальное поведение (Т. Poutahidis et al., 2013. Microbial Symbionts Ускоренной Wound Healing via the Нейропептид Гормон Oxytocin). Таким образом, начали прорисовываться возможный механизм влияния микробиоты на социальное поведение: жирная диета уменьшить число L. reuteri у матерей и их потомства, это приводит к уменьшению выработки окситоцина в головном мозге и, как следствие, к асоциальности.

Чтобы проверить эту гипотезу, авторы добавили живых бактерий L. reuteri в воде, которой поливают мышей MHFD в возрасте от 3 до 7 недель. В соответствии с ожиданиями, это “биодобавка” нормализовала социальное поведение экспериментальных животных. У мышей MRD она не повлияла, очевидно, потому, что они и так есть достаточное количество L. reuteri в кишечнике. Мертвые бактерии L. reuteri от асоциальности не вылечить. Оказалось, неэффективно и добавление в воду другого типа так же, L. johnsonii, размер которого также сводится к MHFD по сравнению с MRD.

У мышей MHFD и безмикробных мышей, кроме асоциальности, есть и другие характерные симптомы аутизма: повторяющиеся действия и повышенная тревожность. Эти симптомы не исчезают даже при добавлении L. reuteri в воде, ни кормления мышатам экскременты мышей MRD. С другой стороны, ранее было показано, что они снимаются добавлением в пищу человеческой кишечной бактерии Bacteroides fragilis (см. Лечение дисбактериоза кишечника снимает симптомы аутизма, “Элементы”, 13.12.2013).

Так или иначе, влияние L. reuteri является достаточно конкретно: она не только влияет на социальное поведение, но и другие компоненты “расстройства аутистического спектра”, характерные для мышей с нарушенной кишечной микробиотой.

В полном соответствии с предположением о том, что L. reuteri влияет на социальное поведение, через включение окситоциновой системы головного мозга у мышей MHFD доказано, чтобы сократить число нейронов, производящих окситоцин, в паравентрикулярных ядрах гипоталамуса, отвечающих за выработку окситоцина (в той же в целом, число нейронов в этих ядрах). Добавление L. reuteri в питьевой воде нормализует количество выделяющих окситоцин нейронами.

Важную роль в социальное поведение млекопитающих играет система внутреннего подкрепления, основу которых составляет дофаминэргические нейроны вентральной области покрышки среднего мозга (VTA) (см.: в “системе вознаграждения” найдены нейроны, возбуждающиеся от хороших предчувствий, “Элементы”, 10.02.2012). Эти нейроны получают окситоциновые сигналы из паравентрикулярных ядер, что повышает их чувствительность к другим сигналам (глутаматэргическим), поддержки социально-значимой информации. Проще говоря, окситоцин, приходя в VTA в паравентрикулярных ядер, зависит от того, интерес к родственникам и удовольствие, получаемое от общения с ними.

Анализ глутаматэргических стимуляции постсинаптических токов в дофаминовых нейронов VTA показали, что у мышей MRD (потомки нормально питавшихся матерей) день после десятиминутного общения с незнакомой мышью эти токи усилены по сравнению с MHFD (потомки перекормленных матери). Через день, после общения со знакомым с помощью мыши возбудимости этих нейронов одинаково низкой от MRD и MHFD. Следовательно, диета мамы влияет на силы реагирования в долгосрочной перспективе внутренней системы поощрения социальной новизны.

Наконец, во второй серии экспериментов авторы показали, что искусственное заражение мышат MHFD бактерий L. reuteri восстанавливает нормальное время отклика VTA на социальные контакты. Тот же эффект и просто закапывание мышей в нос окситоцин.

Таким образом, полученное изображение является складной и убедительной. Диета с повышенным содержанием жиров приводит к ожирению и резко сократить количество L. reuteri в кишечнике самок. Мама передает его нарушенную микробиоту семени. Потому что бактерии L. reuteri являются необходимыми для нормального развития окситоцинэргической системы головного мозга, такое потомство количество окситоциновых нейронов в гипоталамусе, оказывается, снижается. Из-за этого система внутреннего вознаграждения (VTA) не учит создавать приятное ощущение в ответ на социальные стимулы, и животные растут равнодушными к общению.

Механизм влияния L. reuteri для производства окситоцина паравентрикулярными ядрами по-прежнему не видно. Тем не менее, есть веские основания полагать, что в этом участвует блуждающий нерв, который передает сигналы от кишечника к мозгу, в том числе в паравентрикулярные ядра. Именно на этот путь вступают в мозг информацию о кишечной инфекции, которая стимулирует реакции (X. Wang et al., 2002. Evidences for vagus nerve in maintenance of immune balance and transmission of immune information from gut to brain in STM-зараженные крысы). Другой аспект кишечника lactobacillus, L. rhamnosus, уменьшить беспокойство, стресс, и в этом случае тоже участвует блуждающий нерв (если его отрезать, эффект исчезает). Наконец, есть прямые данные, указывающие на то, что L. reuteri влияет на выработку окситоцина у мышей, опосредованной блуждающего нерва (Т. Poutahidis et al., 2013. Microbial Symbionts Ускоренной Wound Healing via the Нейропептид Гормон Oxytocin).

Применимы ли эти результаты к человеку? Вполне возможно. Как уже отмечалось, избыточный вес матери повышает риск “расстройства аутистического спектра” на людей. Известно, что многие люди с такими расстройствами нарушена кишечная микробиота. Известно также, что ожирение сопровождается изменениями кишечной микробиоты у людей и других приматов. Как L. reuteri лечит “аутизм” мышат в асоциальности, а бактерия Bacteroides fragilis и устраняет другие симптомы, такие как повышенная тревожность и повторяющиеся действия, можно признать, что правильно подобранный комплекс бактерий кишечника может быть эффективным средством для лечения симптомов аутизма, а не только мышей, но и от людей.

Здесь можно спекулировать о том, что бактерии, сам может быть полезным для того, чтобы стимулировать общительность своих хозяев и, особенно, интерес к иностранцам, потому что это помогает бактерии заражение новых хозяев. Продолжая эту линию рассуждения, можно пофантазировать о возможной роли микробиоты в эволюции социального поведения, в целом, и отдельных форм, в частности, в том числе даже и религиозные культы. Читателям, интересующимся таких идей, рекомендую статью Александра Панчина и его коллеги Александра Юрьевича Panchin Александра I. Tuzhikov and Yuri V. Panchin, 2014. Midichlorians — the biomeme hypothesis: is there a microbial component to religious rituals?.

Источник: Шелли A. Buffington, Гонсало Виана-Di Prisco, Томас А. Auchtung, Nadim J. Ajami, Джозеф Ф. Petrosino, Мауро Коста-Mattioli. Microbial Reconstitution Reverses Материнский Diet-Индуцированные Social and Synaptic Deficits in Offspring // Cell. 2016. Ст. 165. P. 1762-1775.

См. также, о влиянии симбиотической микробиоты на физиологию и поведение организмов многоклеточных:
1) микрофлора Кишечника превращает человека в “сверхорганизм”, “Элементы”, 09.06.2006.
2) Токсоплазма — паразит, манипулирующий человеческой культуры, “Элементы”, 05.09.2006.
3) Бактерии-симбионты заменили моря червю органы пищеварения и выделения, “Элементы”, 19.09.2006.
4) Клопы кормят свое потомство полезными бактериями, “Элементы”, 13.10.2006.
5) Растение, гриб и вирус объединились, чтобы три выдерживать высокие температуры, “Элементы”, 29.01.2007.
6) Способность тлей приспосабливаться к колебаниям температуры зависит от симбиотических бактерий, “Элементы”, 13.04.2007.
7) Кишечные бактерии помогают японцам переваривать водоросли, “Элементы”, 08.04.2010.
8) Выбор брачного партнера у животных зависит бактериями, “Элементы”, 12.11.2010.
9) Симбиотические бактерии перекрашивают своих хозяев в зеленый цвет, “Элементы”, 30.11.2010.
10) Микрофлора кишечника влияет на склонность к аутоиммунных заболеваний, “Элементы”, 24.04.2013.
11) Лечение дисбактериоза кишечника снимает симптомы аутизма, “Элементы”, 13.12.2013.
12) I. Zilber-Rosenberg, E. Rosenberg. Role of microorganisms in the evolution of animals and plants: the hologenome theory of evolution // FEMS Microbiology Reviews. 2008.

Александр Марков

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.