Wie helfen Darmmikroben Mäusen, Angstgedächtnisse zu löschen?
Neue Untersuchungen an Mäusen zeigen, wie Mikroben im Darm die Fähigkeit beeinflussen können, Angstreaktionen zu verlernen. Die Studie liefert detaillierte Hinweise auf die zellulären und molekularen Mechanismen, die Darm und Gehirn verbinden.
In den letzten 10 bis 20 Jahren haben Wissenschaftler beobachtet, wie die Bakterien, die im und am menschlichen Körper leben, die Gesundheit beeinflussen.
Es gibt Hinweise darauf, wie Störungen dieser mikrobiellen Gemeinschaften mit Krankheiten und sogar mit Verhaltensänderungen zusammenhängen.
Diese Assoziationen zeigen sich auch in den Beziehungen zwischen bestimmten Autoimmunerkrankungen und psychiatrischen Erkrankungen.
Beispielsweise können Menschen mit Multipler Sklerose oder entzündlicher Darmerkrankung (IBD) Darmbakterien zerstört haben und unter Stimmungsstörungen, Angstzuständen und Depressionen leiden.
Obwohl diese Untersuchungen die Existenz einer Darm-Gehirn-Achse bestätigt haben, waren die Mechanismen, die dieser zugrunde liegen, unklar.
Die neue Studie, die in einer kürzlich erschienenen Studie vorgestellt wurde Natur Papier bietet beispiellose Details der zellulären und molekularen Prozesse, die Darmmikroben und Gehirnzellen verbinden.
"Niemand hat bisher verstanden, wie IBD und andere chronische Magen-Darm-Erkrankungen das Verhalten und die psychische Gesundheit beeinflussen", sagt David Artis, Co-Senior-Studienautor, Professor für Immunologie und Direktor für IBD-Forschung an der Weill Cornell Medicine in New York City.
„Unsere Studie ist der Beginn einer neuen Art, das ganze Bild zu verstehen“, fügt er hinzu.
Lernen und vergessen
Für die Studie verwendeten Prof. Artis und Kollegen Mäuse, um herauszufinden, wie sich eine Störung der Darmmikroben auf Gehirnzellen auswirkt.
Sie stützten sich auf ihre Fachkenntnisse in Bezug auf Tierverhalten, Gensequenzierung und Zellchemie.
Die Untersuchung konzentrierte sich darauf, wie gut die Tiere in der Lage waren, einen Angstauslöser zu lernen und zu vergessen, indem sie ein Experiment verwendeten, das Wissenschaftler als „Angstkonditionierung und Aussterbenlernen“ bezeichnen.
In dem Experiment lernen Mäuse, einen elektrischen Schlag auf der Pfote mit dem gleichzeitigen Ertönen eines Tons zu assoziieren.
Schließlich kann der Ton selbst die gleiche Angstreaktion hervorrufen wie der Stromschlag.
Nach wiederholter Exposition gegenüber dem Ton ohne begleitenden elektrischen Schlag neigen Mäuse dazu, die Assoziation zu vergessen. Dies liegt daran, dass sich ihr Gehirn auf die Tatsache aktualisiert, dass die Bedrohung nicht mehr besteht.
Die Forscher fanden jedoch heraus, dass Mäuse, deren Darm von Geburt an keimfrei war oder deren Darmmikroben aufgrund einer Antibiotikabehandlung stark reduziert worden waren, eine deutliche Verringerung der Fähigkeit zeigten, zu erfahren, dass die Bedrohung nicht mehr vorhanden war. Mit anderen Worten, ihr Gehirn wurde nicht auf die neuen Bedingungen aktualisiert.
Veränderte Gene in Mikroglia
Eine genetische Untersuchung der Mikroglia im Gehirn der Tiere gibt Aufschluss über den molekularen Mechanismus, der hinter diesem Effekt steht.
Die Forscher untersuchten die Genexpression im medialen präfrontalen Kortex (mPFC), „einem Bereich des Gehirns, von dem bekannt ist, dass er für das Extinktionslernen von entscheidender Bedeutung ist“.
Mikroglia sind Immunzellen, die im Gehirn leben und zahlreiche Rollen in seiner Entwicklung und Funktion spielen.
Eine ihrer Aufgaben ist es, die Verbindungen zwischen Neuronen oder Nervenzellen zu stimulieren und zu beschneiden, um Gehirnkreise umzugestalten.
Die Forscher fanden heraus, dass das Fehlen von Darmmikroben die Genexpression von Mikroglia in der mPFC der Mäuse derart veränderte, dass es störte, wie Neuronen während des Lernens und Vergessens normalerweise Verbindungen bilden und Verbindungen beseitigen.
Das Team fand auch wesentliche Veränderungen der Gehirnchemikalien bei Mäusen, denen Darmmikroben fehlen, wie z. B. veränderte Molekülspiegel, die bei neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Autismus und Schizophrenie eine Rolle spielen.
Die Wiederherstellung von Darmbakterien funktioniert nur früh im Leben
Die Forscher führten auch Experimente durch, bei denen sie Darmbakterien in keimfreien Mäusen in verschiedenen Altersstufen wiederherstellten.
Sie fanden heraus, dass es diesen Mäusen möglich war, eine konditionierte Angstreaktion zu verlernen, aber nur, wenn sie ihre Darmbakterien unmittelbar nach der Geburt wiederherstellten.
Sie sahen dies als einen wichtigen Befund an, da viele mit Autoimmunität verbundene psychiatrische Erkrankungen auch mit Problemen zusammenhängen, die in den frühen Stadien der Gehirnentwicklung auftreten.
„Die Darm-Gehirn-Achse wirkt sich auf jeden einzelnen Menschen aus, jeden Tag seines Lebens“, bemerkt Prof. Artis.
Obwohl es noch zu früh ist, um sicher zu sein, schlägt Co-Principal Investigator Dr. Conor Liston vor, dass diese Ergebnisse mit weiteren Studien letztendlich zu neuen Behandlungszielen führen werden.
"Das müssen wir in Zukunft testen", sagt er.
"Wir beginnen mehr darüber zu verstehen, wie der Darm so unterschiedliche Krankheiten wie Autismus, Parkinson, posttraumatische Belastungsstörung und Depression beeinflusst."
Prof. David Artis
