Когда мы думаем о причинах неврологических расстройств и о том, как их лечить, мы думаем о работе мозга. Но единственный ли это способ? Возможно, нет. Новое исследование ученых из Медицинского колледжа Бейлора (Baylor College of Medicine) опубликованное в журнале Cell 10 марта 2021 г., говорит о том, что бактерии в кишечнике могут способствовать возникновению определенных симптомов, связанных со сложными неврологическими расстройствами, а методы лечения, направленные на изменение микробиома, могут помочь в их лечении.
Доктор Мауро Коста-Маттиоли, профессор и заведующий кафедрой нейробиологии Фонда Каллена и директор Центра исследований памяти и мозга в Бейлоре, вместе со своей командой обнаружил, что поведение взаимозависимо регулируется генами и микробиомом человека.
На моделях мышей с РАС, моделирующих нарушения развития нервной системы, ученые доказали, что гиперактивность контролируется генетикой хозяина, в то время как дефицит социального поведения опосредуется микробиомом кишечника. Что еще более важно с терапевтической точки зрения, лечение конкретной бактерией, которая способствует выработке соединений семейства биоптеринов в кишечнике, или метаболически активной молекулой биоптерина улучшает социальное поведение, но не изменяет чрезмерную двигательную активность.
«Мы являемся носителями генов человека и бактерий. В то время как основное внимание традиционно уделялось генам человека, микробиом кишечника, сообщество микроорганизмов, которые живут внутри нас, является еще одним важным источником генетической информации», – сказал Коста-Маттиоли.
Работа группы Коста-Маттиоли предлагает другой взгляд на неврологические расстройства, при котором как человеческие, так и гены бактерий взаимодействуют друг с другом и вносят свой вклад в заболевание.
Их результаты также предполагают, что эффективное лечение должно быть направлено как мозг, так и на микробиом кишечника, чтобы полностью устранить все симптомы.
Кроме того, возможно, что другие болезни, такие как рак, диабет, вирусная инфекция или другие неврологические расстройства, также могут лечиться через воздействие на кишечник.
«Очень трудно изучать эти сложные взаимодействия у людей, поэтому в этом исследовании мы работали с мышиной моделью, моделирующей нарушения развития нервной системы, при которой у животных отсутствовали обе копии гена Cntnap2 (Cntnap2 – / – мыши)», – сказал Шон Дулинг, доктор наук, кандидат молекулярной генетики и генетики человека в лаборатории Коста-Маттиоли.
У этих мышей были социальные дефициты и гиперактивность, подобные тем, которые наблюдаются при расстройствах аутистического спектра (РАС). Кроме того, у этих мышей, как и у многих людей с РАС, также были изменения в составе бактерий, составляющих их микробиом, по сравнению с мышами без генетических изменений.
Дальнейшие эксперименты показали, что изменение микробиома кишечника улучшило социальное поведение мутантных мышей, но не повлияло на их гиперактивность, что указывает на то, что изменения в микробиоме выборочно влияют на поведение животных.
«Мы смогли разделить влияние микробиома и генетической мутации животного на изменения в поведении», – сказал Дулинг. Это показывает, что микробиом кишечника не следует игнорировать как важную переменную при изучении здоровья и болезней.
Обладая этими знаниями, исследователи углубились в механизм, лежащий в основе воздействия микробиома на социальные дефициты животных. Основываясь на своей предыдущей работе, исследователи лечили мышей пробиотическим штаммом .
«Мы обнаружили, что может восстановить нормальное социальное поведение, но не может исправить гиперактивность у мышей Cntnap2 –/-», – сказала соавтор исследования доктор Шелли Баффингтон.
Потом исследователи ввели асоциальным мышам метаболит тетрагидробиоптерина (BH4), который, как они обнаружили, был увеличен в кишечнике человека за счет бактерии L.reuteri и были сильно удивлены, когда обнаружили, что социальный дефицит животных также улучшился. Это произошло за счет активации метаболитов в пути синтеза тетрагидробиоптерина.
«Это дает нам по крайней мере два возможных способа модуляции мозга из кишечника с помощью бактерий или вызываемых бактериями метаболитов», – сказал Баффингтон.
Может ли эта работа вдохновить на новые открытия в лечении неврологических расстройств? Хотя еще слишком рано говорить наверняка, исследователи вдохновлены трансляционными последствиями своих открытий.
«Наша работа укрепляет формирующуюся концепцию нового рубежа для разработки безопасных и эффективных терапевтических средств, нацеленных на микробиом кишечника с помощью селективных пробиотических штаммов бактерий или фармацевтических препаратов на основе бактерий», – сказал Баффингтон.
«По мере того, как мы узнаем больше о том, как работают эти бактерии, мы сможем более точно и эффективно использовать их силу для лечения мозга и, возможно, большего”, – добавил Дулинг.
Это исследование представляет собой важный шаг вперед в этой области, поскольку многие заболевания, особенно поражающие мозг, по-прежнему очень трудно поддаются лечению.
«Несмотря на все научные достижения и перспективы манипуляции с генами, по-прежнему сложно модулировать человеческие гены для лечения болезней, но изменение нашего микробиома может быть интересной и неинвазивной альтернативой», – сказал Коста-Маттиоли.
L. reuteri в настоящее время проходит клинические испытания в Италии на детях с аутизмом, и Коста-Маттиоли планирует в ближайшее время начать собственное исследование.
«В самых смелых мечтах я и представить себе не мог, что бактерии в кишечнике могут влиять на поведение и работу мозга. Мысль о том, что стратегии на основе бактерий могут быть способом лечения неврологической дисфункции, все еще дикая, но очень захватывающая».
Источник: Cell (2021). DOI: 10.1016 / j.cell.2021.02.009
