Produkty uboczne mikroflory jelitowej krążą w krwiobiegu, regulując procesy fizjologiczne gospodarza, w tym odporność, metabolizm i funkcje mózgu. Naukowcy z Instytutu Pasteura (partnerskiej organizacji badawczej Université Paris Cité), Inserm i CNRS odkryli, że neurony podwzgórza w modelu zwierzęcym bezpośrednio wykrywają zmiany w aktywności bakterii i odpowiednio dostosowują apetyt i temperaturę ciała. Odkrycia te pokazują, że między mikrobiotą jelitową a mózgiem zachodzi bezpośredni dialog, co może prowadzić do nowych podejść terapeutycznych do walki z zaburzeniami metabolicznymi, takimi jak cukrzyca i otyłość. Wyniki mają zostać opublikowane w Science 15 kwietnia 2022 r.
Jelita są największym rezerwuarem bakterii w organizmie. Coraz więcej dowodów ujawnia stopień współzależności między gospodarzami a ich mikrobiotą jelitową i podkreśla znaczenie osi jelito-mózg. W Instytucie Pasteura neurobiolodzy z Zakładu Percepcji i Pamięci (Institut Pasteur/CNRS)[1]immunobiolodzy z Zakładu Mikrośrodowiska i Odporności (Instytut Pasteura/Inserm) oraz mikrobiolodzy z Zakładu Biologii i Genetyki Zakładu Ściany Komórkowej Bakterii (Instytut Pasteura/CNRS/Inserm)[2] podzielili się swoją wiedzą, aby zbadać, w jaki sposób bakterie w jelitach bezpośrednio kontrolują aktywność poszczególnych neuronów w mózgu.
Naukowcy skupili się na receptorze NOD2 (domena oligomeryzacji nukleotydów), który znajduje się w większości komórek odpornościowych. Receptor ten wykrywa obecność muropeptydów, które są budulcem ściany komórkowej bakterii. Ponadto wcześniej ustalono, że warianty genu kodującego receptor NOD2 są związane z zaburzeniami trawienia, w tym chorobą Leśniowskiego-Crohna, a także chorobami neurologicznymi i zaburzeniami nastroju. Jednak dane te były niewystarczające do wykazania bezpośredniego związku między aktywnością neuronów w mózgu a aktywnością bakterii w jelitach. Zostało to ujawnione przez konsorcjum naukowców biorących udział w nowym badaniu.
Korzystając z technik obrazowania mózgu, naukowcy początkowo zaobserwowali, że receptor NOD2 u myszy jest wyrażany przez neurony w różnych regionach mózgu, w szczególności w regionie znanym jako podwzgórze. Następnie odkryli, że aktywność elektryczna tych neuronów jest tłumiona, gdy wchodzą w kontakt z muropeptydami bakteryjnymi z jelit. „Muropeptydy w jelitach, krwi i mózgu są uważane za markery proliferacji bakterii” – wyjaśnia Ivo G. Boneca, kierownik Wydziału Biologii i Genetyki Wydziału ds. Ściany Komórkowej Bakterii w Instytucie Pasteura (CNRS/Inserm). I odwrotnie, jeśli nie ma receptora NOD2, te neurony nie są już tłumione przez muropeptydy. W konsekwencji mózg traci kontrolę nad przyjmowaniem pokarmu i temperaturą ciała. Myszy przybierają na wadze i są bardziej podatne na rozwój cukrzycy typu 2, szczególnie u starszych samic.
W tym badaniu naukowcy wykazali zdumiewający fakt, że neurony bezpośrednio postrzegają muropeptydy bakteryjne, podczas gdy uważano, że zadanie to jest przypisane przede wszystkim komórkom odpornościowym. „To niezwykłe odkrycie, że fragmenty bakterii działają bezpośrednio na ośrodek mózgu tak strategiczny jak podwzgórze, o którym wiadomo, że zarządza funkcjami życiowymi, takimi jak temperatura ciała, reprodukcja, głód i pragnienie” – komentuje Pierre-Marie Lledo, naukowiec z CNRS i kierownik. Zakładu Percepcji i Pamięci Instytutu Pasteura.
Wydaje się zatem, że neurony wykrywają aktywność bakterii (proliferację i śmierć) jako bezpośredni wskaźnik wpływu przyjmowania pokarmu na ekosystem jelitowy. „Nadmierne spożycie określonej żywności może stymulować nieproporcjonalny wzrost niektórych bakterii lub patogenów, zagrażając w ten sposób równowadze jelitowej” – mówi Gérard Eberl, kierownik działu mikrośrodowiska i odporności w Instytucie Pasteura (Inserm).
Wpływ muropeptydów na neurony i metabolizm podwzgórza rodzi pytania dotyczące ich potencjalnej roli w innych funkcjach mózgu i może pomóc nam zrozumieć związek między niektórymi chorobami mózgu a genetycznymi wariantami NOD2. Odkrycie to toruje drogę nowym interdyscyplinarnym projektom z pogranicza neuronauk, immunologii i mikrobiologii, a ostatecznie nowym podejściom terapeutycznym do chorób mózgu i zaburzeń metabolicznych, takich jak cukrzyca i otyłość.
[1] Ta jednostka badawcza znana jest również jako „Laboratorium genów, synaps i poznania” (Institut Pasteur/CNRS). Paryski Instytut Mózgu (CNRS/Inserm/Sorbonne Université/AP-HP) również przyczynił się do tych odkryć.
[2] Jednostka CNRS nazywa się „Jednostka Integratywnej i Molekularnej Mikrobiologii”, a jednostka Inserm to „Jednostka Interakcji i Patofizjologii Żywiciel-Mikrob” (Instytut Pasteura/CNRS/Inserm).
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Instytut Pastora. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.