Hvordan hjælper tarmmikrober mus med at slukke frygtminder?
Ny forskning på mus viser, hvordan mikrober i tarmene kan påvirke evnen til at aflære frygtresponser. Undersøgelsen giver detaljerede spor om de cellulære og molekylære mekanismer, der forbinder tarmen og hjernen.
I løbet af de sidste 10-20 år har forskere observeret, hvordan de bakterier, der lever i og på menneskekroppen, påvirker sundheden.
Der er kommet bevis for, hvordan forstyrrelse af disse mikrobielle samfund knytter sig til sygdomme og endda adfærdsmæssige ændringer.
Disse sammenhænge er også tydelige i forholdet mellem visse autoimmune lidelser og psykiatriske tilstande.
Personer med multipel sklerose eller inflammatorisk tarmsygdom (IBD) kan for eksempel have forstyrret tarmbakterier og opleve humørsygdomme, angst og depression.
Selvom disse undersøgelser har bekræftet eksistensen af en tarm-hjerneakse, har de mekanismer, der understøtter den, været uklare.
Den nye undersøgelse, som findes i en nylig Natur papir, tilbyder hidtil uset detaljer om de cellulære og molekylære processer, der forbinder tarmmikrober og hjerneceller.
”Ingen har endnu forstået, hvordan IBD og andre kroniske gastrointestinale tilstande påvirker adfærd og mental sundhed,” siger co-senior undersøgelsesforfatter David Artis, professor i immunologi og direktør for IBD-forskning ved Weill Cornell Medicine i New York City.
”Vores undersøgelse er begyndelsen på en ny måde at forstå det samlede billede på,” tilføjer han.
At lære og glemme
Til undersøgelsen brugte prof. Artis og kolleger mus til at finde ud af, hvordan tarmmikroforstyrrelse påvirker hjerneceller.
De trak på deres ekspertise inden for dyrs adfærd, gensekventering og cellekemi.
Undersøgelsen fokuserede på, hvor godt dyrene var i stand til at lære og glemme en frygtudløser ved hjælp af et eksperiment, som forskere kalder "læring om frygtkonditionering og udryddelse."
I eksperimentet lærer mus at associere et elektrisk stød på poten med samtidig lyd af en tone.
Til sidst kan tonen i sig selv fremkalde den samme frygtrespons som det elektriske stød.
Efter gentagen eksponering for tonen uden et ledsagende elektrisk stød, har mus en tendens til at glemme foreningen. Dette skyldes, at deres hjerner opdaterer sig til det faktum, at truslen ikke længere eksisterer.
Forskerne fandt imidlertid, at mus, hvis tarme var kimfrie fra fødslen, eller hvis tarmmikrober var blevet kraftigt reduceret på grund af antibiotikabehandling, viste en markant reduktion i evnen til at lære, at truslen ikke længere var til stede. Med andre ord opdaterede deres hjerner sig ikke til de nye betingelser.
Ændrede gener i mikroglia
En genetisk undersøgelse af mikroglia i dyrenes hjerner kaster noget lys over den molekylære mekanisme bag denne effekt.
Forskerne kiggede på genekspression i den mediale præfrontale cortex (mPFC), "et område i hjernen, der vides at være afgørende for udslettelse."
Microglia er immunceller, der lever i hjernen og spiller adskillige roller i dens udvikling og funktion.
Et af deres job er at hjælpe med at stimulere og beskære forbindelserne mellem neuroner eller nerveceller til at omforme hjernekredsløb.
Forskerne fandt ud af, at fraværet af tarmmikrober ændrede genekspressionen af mikroglia i musens mPFC på en sådan måde, at det forstyrrede, hvordan neuroner normalt dannes og eliminerer forbindelser under indlæring og glemmer.
Holdet fandt også væsentlige ændringer i hjernekemikalier hos musene, der manglede tarmmikrober, såsom ændrede niveauer af molekyler, der har en rolle i neuropsykiatriske tilstande som autisme og skizofreni.
Gendannelse af tarmbakterier fungerer kun tidligt i livet
Forskerne kørte også eksperimenter, hvor de gendannede tarmbakterier i de kimfrie mus i forskellige aldre.
De fandt ud af, at det var muligt for disse mus at aflære et betinget frygtrespons, men kun hvis de gendannede deres tarmbakterier lige efter fødslen.
De så dette som et vigtigt fund, da mange psykiatriske tilstande forbundet med autoimmunitet også har forbindelse til problemer, der opstår i de tidlige stadier af hjernens udvikling.
"Tarm-hjerne-aksen påvirker hvert eneste menneske hver dag i deres liv," bemærker prof. Artis.
Selv om det er for tidligt at være sikker, foreslår co-principiel efterforsker Dr. Conor Liston, at med yderligere undersøgelser vil disse fund i sidste ende føre til nye behandlingsmål.
”Det er noget, vi bliver nødt til at teste fremover,” siger han.
"Vi er begyndt at forstå mere om, hvordan tarmen påvirker så forskellige sygdomme som autisme, Parkinsons sygdom, posttraumatisk stresslidelse og depression."
Prof. David Artis
