Escherichia coli бактерия влияет на социальное поведение крыс

Потомства матерей, страдающих ожирением, имеют повышенный риск развития расстройств аутистического спектра», в том числе нарушенное социальное поведение. Эксперименты на мышах показали, что в основе этих отклонений лежат изменения микрофлоры кишечника. В мышей, чьи матери ели пропранолол, сокращая производство окситоцина в гипоталамусе, ослабляет реакцию системы внутреннего вознаграждения» социальные стимулы и, как следствие, пропадает интерес общаться. Оказалось, что все эти симптомы исчезают, если добавить те крысы, в пищу только один вид кишечных бактерий — Lactobacillus reuteri.

Симбиотическая микробиота, в том числе escherichia coli, которая затрагивает многие аспекты физиологии, поведения и эволюции животных (см. ссылки в конце новости). Состав микрофлоры кишечника, в частности наследственной (например, млекопитающие эффективно бактерии передаются от матери ребенку при родах и грудном вскармливании), а часть зависит от контактов с другими особями и, конечно, диеты.

С другой стороны, известно, что диета матери может влиять на неврологические и поведенческие характеристики потомства. В частности, люди имеют вероятность расстройств аутистического спектра увеличивается в полтора-два раза, если мать во время беременности есть лишний вес (см.: Стр. krakowiak et al., 2012. Материнский Метаболически Conditions and Risk for Autism and Other Neurodevelopmental Disorders). Ранее было показано, что крысы являются некоторые характерные симптомы аутизма (тревожность, стереотипные движения), вы можете отдохнуть, и добавить их съесть кишечных бактерий Bacteroides ломкая. Тем не менее, в социальное поведение мышей и их заинтересованность в общении с родственниками, эта процедура не влияет (см.: Лечение дисбактериоза кишечника снимает симптомы аутизма, «Элементы», 13.12.2013). Эти данные позволяют предположить, что в основе связи между ожирением матери и аутизм потомства, могут оказаться изменения микрофлоры кишечника.

Неврологи и микробиологи из медицинского колледжа Baylor в Хьюстоне (США), решил проверить эту гипотезу экспериментально. Как человеческие существа, проводить такие эксперименты не представляется возможным, так как модели объекта вновь были выбраны мыши. Основное внимание в работе было уделено нарушениям социального поведения.

Для начала нужно было убедиться, что мыши, как и (якобы) людей, работает в цепочке причинно-следственных связей «избыточное питание матери → ожирение → аутизм потомство». Для этого женщины были разделены в контрольной и экспериментальной группе. Точка женщины держали на стандартной диете, в опытных — на диете с высоким содержанием жира. Как и ожидалось, это привело к ярко-экспресс ожирения самок в опытной группе.

После всех самок было получено потомство, которое после трех недель грудного вскармливания в течение четырех недель кормили стандартным (низким содержанием жира) продуктов питания. Потомство толщина матерей (Материнский high-fat diet, MHFD) не отличалась от семени нормальных матерей (Материнский регулярные диета, MRD) по массе тела. Тем не менее, его социальное поведение, они радикально отличаются друг от друга: мышь MHFD (потомки перекормленных матери) показали, что резко интерес общения по сравнению с MRD (потомки нормально питавшихся матерей).

Социальное поведение был испытан по-разному: например, два незнакомых крыс сажали в камеру и подсчитывали количество и продолжительность контактов. Дизайн другой тест это показано на рисунке. 2.

Рис. 2. Тесты социабельность и интерес посторонних. Проверьте мышь сажают в камеру, подразделенную на три отсека, провода, и дать немного адаптироваться (Habituation). А затем, слева, отсек насаждают другой мыши (M1), а правый остается пустым (И) и измерить время, проведенное легко животное, около каждой из двух кассет (тест-социабельность). После того, это право отсека насаждают другой мыши (M2) и, глядя, чтобы привлечь the stranger внимание на тест личности (тест с социальной новизной). Изображение обсуждение статьи в Cell

Мышь MHFD (потомки перекормленных матери) все тесты показали нарушенное социальное поведение: они не хотят общаться с родственниками и не представили характеристику нормальных мышей растущий интерес к незнакомцам.

Анализ микрофлоры показал, что структура сообществ бактерий в кишечнике мышей MHFD и MRD (потомки нормально питавшихся матерей) существенно различается, и их матерей, эти различия являются практически одни и те же. Теперь нам нужно выяснить, существует ли связь между измененной кишечной микробиотой и нарушенным социальным поведением.

Мышь практикуют копрофагию, следовательно, сосуществования с другими мышами должны содействовать обмену кишечных бактерий, между особями. Оказалось, что если молодой мыши MHFD будет жить в коробке с тремя мышей MRD 4-5 недель, их микробиота кишечника становится почти таким же, как крысы MRD и социальное поведение полностью нормализована. В качестве контроля в данном случае, были использованы мыши MHFD, жили в то же время с трех других крыс MHFD (они оставались социально ущербными). Этот результат согласуется с предположением, что изменение микрофлоры кишечника мышей MHFD является причиной нарушенного социального поведения.

Следующий вопрос — какие изменения микрофлоры, ответственной за асоциальность потомство перекормленных матери. Может быть, они живут в кишечнике, специфические для бактерий, нарушают поведение, а может, наоборот, не имеют каких-либо типа микро-организмов, чтобы обеспечить нормальное социальное поведение здоровых мышей. Авторы проверили, что будет, если три мыши MHFD будут жить несколько недель с помощью мыши MRD. Оказалось, что в этом случае поведение MHFD-это нормально, и мышь, МОБ остается в норме. Значит, дело скорее всего в том, что в микробиоте асоциальной мышей MHFD не достаточно, и не в том, что есть что-то вредное.

В случае, если мыши, полностью лишенные микрофлоры бактериальной (безмикробные), также должны быть асоциальными. Это было проверено и подтверждено: безмикробные мыши показали во всех испытаниях коммуникабельность примерно такие же результаты, как MHFD. Более того, было обнаружено, что если искусственно «заразить» четырехнедельных безмикробных мышей микробиотой здоровых мышей MRD (скармливания помет), то его социальное поведение полностью нормализована, так как состав кишечных бактерий. Тем не менее, этого не происходит, если же процедуру сделать с безмикробными мышей в восьминедельном возрасте (в данном случае, состав микрофлоры кишечника нормальное, и социальное поведение нет). Фекалии мышей MHFD, как и следовало ожидать, не обладает целительным действием, каким бы ни был ваш возраст, ни скармливали безмикробным мышам. Эти результаты согласуются с гипотезой, что микробиота, как то, что влияет на развитие мозга детенышей.

Метагеномный анализ выявил несколько массовых видов кишечных бактерий, число которых резко сократилось имеет MHFD по сравнению с MRD. Более (на порядок) сократилось число бактерий Lactobacillus reuteri. Ранее было показано, что L. reuteri влияет на выработку окситоцина — важный гормон, который регулирует социальное поведение (T. Poutahidis et al., 2013. Как было Symbionts Accelerate Wound Healing via the Neuropeptide Гормона роста, Окситоцина). Таким образом, начал прорисовываться возможный механизм влияния микробиоты на социальное поведение: жирная диета уменьшает количество L. reuteri матерей и их потомков, это приводит к снижению выработки окситоцина в головном мозге и, как следствие, к асоциальности.

Чтобы проверить это предположение, авторы добавили живых бактерий L. reuteri в воду, поили мышей MHFD в возрасте от 3 до 7 недель. В соответствии с ожиданиями, это «биодобавка» нормализовала социальное поведение животных. В мышей MRD она не повлияла, очевидно, потому, что они имеют, и так есть достаточное количество L. reuteri в кишечнике. Мертвые бактерии L. reuteri в асоциальности не лечат. Неэффективным оказалось и добавить воды из другого рода в том же жанре, L. johnsonii, который также является низкой, вы MHFD по сравнению с MRD.

В мышей MHFD и безмикробных мышей, кроме асоциальности, наблюдаются и другие симптомы, характерные для аутизма: повторяющиеся действия и повышенной тревожностью. Эти симптомы не исчезают, ни добавлением L. reuteri в воде, ни от скармливания мышатам выводок мышей MRD. С другой стороны, ранее было показано, что они берутся помимо человеческой пищи, бактерии Bacteroides ломкая (см.: Лечение дисбактериоза кишечника снимает симптомы аутизма, «Элементы», 13.12.2013).

Так или иначе, влияние L. reuteri очень специфический: он влияет не только на социальное поведение, но не других компонентов «расстройства аутистического спектра», определенного для мышей с нарушениями кишечной микробиотой.

В полном соответствии с предположением, что L. reuteri влияет на социальное поведение через активацию окситоциновой мозга, крысы MHFD, оказалось меньше числа нейронов производителей окситоцина, паравентрикулярных ядер гипоталамуса, отвечающих за производство окситоцина (сохраняя при этом тот же, что и общее число нейронов в этих ядрах). Добавлением L. reuteri в питьевой воде, нормализует число назначить окситоцин нейронами.

Важную роль в социальном поведении млекопитающих играет система внутреннего армирования, фундамент которой составляют дофаминэргические нейроны вентральной области покрышки среднего мозга (VTA) (см.: «системе вознаграждения» найдены нейроны, возбуждающиеся от хороших предчувствий, «Элементы», 10.02.2012). Эти нейроны получают окситоциновые признаки паравентрикулярных ядер, что повышает их восприимчивость к другие признаки (глутаматэргическим), которые носят социально значимой информации. Проще говоря, окситоцина, что происходит VTA из паравентрикулярных ядер, зависит от интереса к близким родственникам и удовольствие, получаемое от общения с ними.

Анализ глутаматэргических интересно постсинаптических токов в нейронах допамина VTA показал, что крысы, MRD (потомки нормально питавшихся матерей) день после десятиминутного общения с неизвестным даже эти цепи усилены по сравнению с MHFD (потомков перекормленных матери). Однажды, после разговора со знакомой мыши возбудимость этих нейронов является также низкая, MRD и MHFD. Таким образом, диета матери влияет на силу реакции долгосрочной системы внутреннего социальные компенсации и новизна.

Наконец, в конце серии экспериментов, авторы показали, что искусственного заражения щенков MHFD бактерий L. reuteri восстанавливает нормальный ответ VTA в социальный контакт. Тот же эффект и просто похоронить крыс в нос окситоцин.

Таким образом, изображение получается довольно складной и убедительной. Диета с высоким содержанием жиров приводит к ожирению и сокращает число L. reuteri в кишечнике самок. Мать передает свою нарушенную микробиоту и потомству. Потому что бактерии L. reuteri , необходимых для нормального развития окситоцинэргической мозга, такое потомство количество окситоциновых нейронов в гипоталамусе, оказывается ограниченной. Из-за этого, система внутреннего вознаграждения (VTA) не научится создавать приятное ощущение в ответ на социальные стимулы, и животные растут и безразличны 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 плане-блуждающий нерв, который передает сигналы от кишечника к мозгу, в том числе и паравентрикулярные ядра. Так, что поступает в мозг информация о том, кишечных инфекций, которое стимулирует иммунную реакцию (X. Wang et al., 2002. Evidences for вагуса nerve in maintenance of immune balance and transmission of immune information from gut to brain in STM-зараженные крысы). Другой вид лактобацилл, кишечных, L. rhamnosus, уменьшает беспокойство во время стресса, и это также участвует блуждающий нерв (если обрезать, эффект исчезает). Наконец, прямые данные показывают, что L. reuteri влияет на выработку окситоцина на крыс опосредуется блуждающий нерв (T. Poutahidis et al., 2013. Как было Symbionts Accelerate Wound Healing via the Neuropeptide Гормона роста, Окситоцина).

Приложимы ли эти выводы для человека? Очень может быть. Как уже упоминалось, избыточный вес матери повышает вероятность «расстройства аутистического спектра» людей. Известно, что многие люди с этими расстройствами нарушена кишечная микробиота. Известно также, что ожирение сопровождается изменениями микрофлоры кишечника человека и других приматов. Как L. reuteri лечение «страдающих аутизмом» щенки от асоциальности, и бактерии Bacteroides ломкая снимает другие симптомы, такие как повышенная тревожность и повторяющиеся действия, можно разрешить, что правильный комплекс кишечных бактерий может быть эффективным средством для лечения симптомов аутизма, а не только мышей, но и у человека.

Здесь можно еще рассуждать о том, что бактерии, сам может быть полезным для стимулирования общения своих хозяев и, в особенности, интерес к незнакомцам, потому что это помогает бактерии заражают новых хозяев. Продолжая эту линию аргументации, можно фантазировать о возможном роль микробиоты в эволюции социального поведения в целом, и отдельных его форм, в частности, включая даже религиозные культы. Заинтересованные читатели похожие идеи, рекомендую статью Александра Панчина и его коллеги: Александр Y. Panchin, Александр 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, Thomas A. Auchtung, Надим J. Аджами, Джозеф Ф. Петрозино, Мауро Коста-Маттиоли. Микроорганизмов, Пополнение Reverses Maternal Diet-Induced Social and Synaptic Дефициты in Offspring // Cell. 2016. Ст. 165. P. 1762-1775.

См. также о влиянии симбиотической микрофлоры на физиологию и поведение организмов, многоклеточные:
1) микрофлора Кишечника превращает человека в «сверхорганизм», «Элементы», 09.06.2006.
2) токсоплазма-паразит, манипулирующий человеческой культурой, «Элементы», 05.09.2006.
3) Бактерии-симбионты заменили море червь органов пищеварения и выделения, «Элементы», 19.09.2006.
4) Клопы кормить свое потомство полезными бактериями, «Элементы», 13.10.2006.
5) Растение, гриб и вирус объединились, чтобы втроем противостоять высоким температурам, «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 от бактерий, «Элементы», 12.11.2010.
9) Симбиотические бактерии перекрашивают своих хозяев в зеленый цвет, «Элементы», 30.11.2010.
10) Микрофлора кишечника влияет на предрасположенность к аутоиммунным заболеваниям, «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.