Hvordan hjelper tarmmikrober mus med å slukke fryktminner?
Ny forskning på mus viser hvordan mikrober i tarmene kan påvirke evnen til å avlære fryktresponser. Studien gir detaljerte ledetråder om de cellulære og molekylære mekanismene som forbinder tarmen og hjernen.
I løpet av de siste 10–20 årene har forskere observert hvordan bakteriene som lever i og på menneskekroppen påvirker helsen.
Det har kommet bevis på hvordan forstyrrelser i disse mikrobielle samfunnene knytter seg til sykdommer og til og med til atferdsendringer.
Disse assosiasjonene er også tydelige i forholdet mellom visse autoimmune lidelser og psykiatriske tilstander.
Personer med multippel sklerose eller inflammatorisk tarmsykdom (IBD) kan for eksempel ha forstyrret tarmbakterier og oppleve humørsykdommer, angst og depresjon.
Imidlertid, selv om disse undersøkelsene har bekreftet eksistensen av en tarm-hjerneakse, har mekanismene som ligger til grunn for det vært uklare.
Den nye studien, som inneholder en nylig Natur papir, tilbyr enestående detaljer om de cellulære og molekylære prosessene som forbinder tarmmikrober og hjerneceller.
"Ingen har ennå forstått hvordan IBD og andre kroniske gastrointestinale forhold påvirker atferd og mental helse," sier medforfatterstudien David Artis, professor i immunologi og direktør for IBD-forskning ved Weill Cornell Medicine i New York City.
"Studien vår er begynnelsen på en ny måte å forstå helheten på," legger han til.
Lære og glemme
For studien brukte professor Artis og kollegaer mus for å finne ut hvordan tarmmikroforstyrrelse påvirker hjerneceller.
De trakk på seg sin ekspertise innen dyreatferd, gensekvensering og cellekjemi.
Undersøkelsen fokuserte på hvor godt dyrene var i stand til å lære og glemme en fryktutløser ved hjelp av et eksperiment som forskere kaller "læring om fryktkondisjonering og utryddelse."
I eksperimentet lærer mus å assosiere et elektrisk støt på poten med samtidig lyd av en tone.
Til slutt kan tonen i seg selv fremkalle samme fryktrespons som det elektriske støtet.
Etter gjentatt eksponering for tonen uten medfølgende elektrisk støt, har mus en tendens til å glemme foreningen. Dette er fordi hjernen deres oppdaterer seg til det faktum at trusselen ikke lenger eksisterer.
Forskerne fant imidlertid at mus som hadde tarmene var fri fra fødselen, eller hvis tarmmikrober hadde blitt kraftig redusert på grunn av antibiotikabehandling, viste en markant reduksjon i evnen til å lære at trusselen ikke lenger var til stede. Med andre ord oppdaterte hjernen deres seg ikke til de nye forholdene.
Endrede gener i mikroglia
En genetisk undersøkelse av mikroglia i hjernen til dyrene kaster litt lys over den molekylære mekanismen bak denne effekten.
Forskerne så på genuttrykk i medial prefrontal cortex (mPFC), "et område i hjernen som er kjent for å være avgjørende for utryddelseslæring."
Microglia er immunceller som lever i hjernen og spiller mange roller i dens utvikling og funksjon.
En av jobbene deres er å bidra til å stimulere og beskjære forbindelsene mellom nevroner, eller nerveceller, for å omforme hjernekretsene.
Forskerne fant at fraværet av tarmmikrober endret genuttrykket til mikroglia i musenes mPFC på en slik måte at det forstyrret hvordan nevroner normalt dannes og eliminerer forbindelser under læring og glemming.
Teamet fant også betydelige endringer i hjernekjemikalier hos musene som manglet tarmmikrober, for eksempel endrede nivåer av molekyler som har en rolle i nevropsykiatriske tilstander som autisme og schizofreni.
Å gjenopprette tarmbakterier fungerer bare tidlig i livet
Forskerne kjørte også eksperimenter der de restaurerte tarmbakterier i bakteriefrie mus i forskjellige aldre.
De fant ut at det var mulig for disse musene å avlære en betinget fryktrespons, men bare hvis de restaurerte tarmbakteriene like etter fødselen.
De så på dette som et viktig funn, ettersom mange psykiatriske tilstander forbundet med autoimmunitet også har koblinger til problemer som oppstår i de tidlige stadiene av hjernens utvikling.
"Tarm-hjerneaksen påvirker hvert eneste menneske, hver dag i livet," bemerker prof. Artis.
Selv om det er for tidlig å være sikker, antyder co-rektor etterforsker Dr. Conor Liston at disse funnene til slutt vil føre til nye behandlingsmål med videre studier.
"Det er noe vi må teste fremover," sier han.
"Vi begynner å forstå mer om hvordan tarmen påvirker sykdommer så forskjellige som autisme, Parkinsons sykdom, posttraumatisk stresslidelse og depresjon."
Prof. David Artis
