Ученые исследуют связи между генетикой, кишечным микробиомом и памятью

Новое исследование прослеживает молекулярные связи между генетикой, кишечным микробиомом и памятью.

Хотя ранее были обнаружены связи между микробиомом кишечника и мозгом, группа исследователей из двух национальных лабораторий Министерства энергетики США нашла новые доказательства ощутимых связей между кишечником и мозгом. Команда определила лактат, молекулу, продуцируемую всеми видами одного кишечного микроба, как ключевой молекулярный мессенджер, повышающий память. Работа была опубликована 17 апреля в журнале BMC Microbiome.

«Наше исследование показывает, что микробиом может стать партнером генетики, влияющей на память», — говорит Джанет Янссон, микробный эколог из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории и автор исследования.

Ученые знают, что мыши, которых кормили полезными для здоровья микробами, называемыми пробиотиками, получают несколько преимуществ. Ученые также знают, что микробы производят молекулы, которые проходят через кровь и действуют как химические посредники, которые влияют на другие части тела, включая мозг. Однако до сих пор не было ясно, какие конкретные микроорганизмы и микробные молекулярные мессенджеры могут влиять на память.

«Сложность заключается в том, что уникальная генетическая структура мыши и условия окружающей среды также влияют на ее память и микробиом», — сказал Антуан Снейдерс, ученый-биолог из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab) и соавтор исследования. «Чтобы узнать, влияла ли молекула микробов на память, нам нужно было понять взаимодействие между генетикой и микробиомом».

Он добавил, что влияние микробиома на память в настоящее время является очень активной областью исследований, и за последние пять лет было опубликовано более 100 статей о связях между обычными пробиотиками и памятью.

Генетика мыши влияет на память и кишечный микробиом

Прежде чем они смогли начать охоту на молекулы, которые могут быть связаны с улучшением памяти, Янссон, Снейдерс и их коллеги должны были определить, как генетика влияет на память.

Исследователи начали с коллекции мышей под названием Collaborative Cross. Они разводили 29 различных линий мышей, чтобы имитировать генетическое и физическое разнообразие человеческой популяции. Он включает в себя мышей разных размеров, окраски шерсти. Исследователи также знают последовательности генома каждого штамма.

Сначала команда провела тестирование памяти каждого штамма мышей. Затем они проверяли каждый штамм на наличие генетических вариаций и коррелировали эти вариации с результатами памяти. Они нашли два набора генов, связанных с памятью. Одним из них был набор новых генов-кандидатов для влияния на познание, в то время как другой набор генов уже был известен.

Затем исследователи проанализировали кишечный микробиом каждого штамма, чтобы установить микробные связи с генетикой и связями памяти, которые у них уже были. Они идентифицировали четыре семейства микробов, которые были связаны с улучшением памяти. Наиболее распространенным из них был вид Lactobacillus, L. reuteri.

Чтобы проверить эту связь, исследователи кормили L. reuteri мышей без кишечных микробов, а затем проверяли их память. Они наблюдали значительное улучшение по сравнению с мышами без микробов, которых не кормили микробами.

«Эти результаты свидетельствуют о том, что генетическая изменчивость в значительной степени контролирует память, а также различия в составе кишечного микробиома у разных штаммов», — сказал Снейдерс.

Диета и пробиотики улучшают память

Наконец, исследователи хотели определить, какие микробные молекулы могут быть связаны с улучшением памяти. Они проанализировали стул, кровь и ткани головного мозга мышей без микробов, каждую из которых кормили определенным видом Lactobacillus. Лактат был одним из распространенных метаболических побочных продуктов; это также молекула, которую продуцируют все штаммы Lactobacillus.

Иллюстрация связи между мозгом и микробами в кишечнике. Изображение: Натан Джонсон

Команда кормила лактатом мышей, у которых ранее была выявлена ​​плохая память, и заметила, что их память в итоге улучшилась. Мыши, которых кормили лактатом или микробами Lactobacillus, также имели повышенные уровни гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК), молекулярного посредника, связанного с формированием памяти в их мозге.

Чтобы увидеть, может ли такой же молекулярный механизм применяться и у людей, исследователи связались с Полом Уилмсом из Университета Люксембурга, который разработал крошечный чип, имитирующий взаимодействие микробов с кишечной тканью человека. Когда Уилмс и его коллеги проверили L. reuteri на этом чипе, они увидели, что лактат, вырабатываемый микробами, проходит через ткани кишечника человека, что указывает на то, что он может попасть в кровоток и потенциально попасть в мозг.

«Хотя это исследование подтверждает идею о том, что диета, генетика и память, взаимосвязаны, необходима дополнительная работа, чтобы показать, может ли Lactobacillus улучшить память у людей», — сказал Янссон.

Ученые говорят, что однажды можно будет использовать пробиотики для улучшения памяти у людей с нарушениями обучения и нейродегенеративными заболеваниями.

doi: 10.1186 / s40168-020-00817-w

Вас также может заинтересовать:

• Микробная психиатрия
• Микробная память в кишечнике