Bakteria usus mempengaruhi perilaku sosial tikus • Alexander Markov • Berita sains mengenai "Unsur" • Mikrobiologi, Evolusi, Zoologi

Bakteria usus mempengaruhi perilaku sosial tikus

Rajah. 1. Ringkasan grafik artikel yang dibincangkan diSel. ibu-ibu keturunan diberi makan makan lemak (Ibu Diet tinggi lemak, MHFD), mempunyai microbiota diubah usus (Dysbiosis), terjejas (Impaired) tingkah laku sosial, kurang menghasilkan neuron oxytocin di hipotalamus (PVN – paraventricular nukleus hypothalamic), dan menurun sinaptik plastisitas di tengah ubat ventral (VTA) sebagai tindak balas kepada rangsangan sosial. Semua ini akan hilang jika secara artifik menjangkiti tikus MHFD dengan bakteria usus Lactobacillus reuteri

Keturunan ibu gemuk mempunyai risiko "gangguan spektrum autisme", termasuk kelakuan sosial yang terganggu. Eksperimen pada tikus menunjukkan bahawa asas penyimpangan ini adalah perubahan dalam mikrobiota usus. Pada tikus yang ibu mengandung makanan berlemak, pengeluaran oxytocin dalam hipotalamus berkurang, tindak balas "sistem ganjaran dalaman" kepada rangsangan sosial melemahkan dan, sebagai akibatnya, minat komunikasi hilang. Ternyata semua gejala ini hilang jika kita menambah hanya satu jenis bakteria usus pada tikus – Lactobacillus reuteri.

Mikrobiota simbiotik, termasuk usus, mempengaruhi banyak aspek fisiologi, tingkah laku dan evolusi haiwan (lihatpautan pada akhir berita). Komposisi mikrobiota usus adalah sebahagian keturunan (contohnya, dalam mamalia, bakteria dipindahkan secara berkesan dari ibu kepada anak semasa bersalin dan semasa menyusu), sebahagiannya bergantung kepada hubungan dengan individu lain dan, tentu saja, dari diet.

Di sisi lain, diketahui bahawa diet ibu dapat mempengaruhi ciri-ciri neurologi dan tingkah laku anak. Khususnya, pada manusia, kemungkinan gangguan spektrum autisme meningkat satu setengah hingga dua kali jika ibu berlebihan semasa hamil (lihat: P. Krakowiak et al., 2012). Ia telah menunjukkan bahawa pada tikus beberapa ciri-ciri gejala autisme (kebimbangan, pergerakan stereotaip) dapat dikurangkan dengan menambahkan bakteria usus pada makanan. Bacteroides fragilis. Walau bagaimanapun, prosedur ini tidak menjejaskan perilaku sosial tikus dan minat mereka dalam berkomunikasi dengan saudara-mara mereka (lihat: Rawatan dysbiosis usus melegakan simptom autisme, Elemen, 13 Disember 2013). Data-data ini menunjukkan bahawa perubahan dalam mikrobiota usus mungkin mendasari hubungan antara ibu-ibu obes dan anak autis.

Ahli sains dan mikrobiolog dari Baylor College of Medicine di Houston (USA) memutuskan untuk menguji hipotesis ini secara eksperimen.Oleh kerana tidak mungkin melakukan eksperimen seperti itu pada manusia, tikus telah dipilih lagi sebagai objek model. Tumpuan kerja adalah mengenai pelanggaran tingkah laku sosial.

Pertama sekali, adalah perlu untuk memastikan bahawa pada tikus, seperti (mungkin) pada manusia, rangkaian hubungan sebab-dan-akibat "pemakanan berlebihan ibu → obesiti → autisme anak-anak" berfungsi. Untuk ini, wanita dibahagikan kepada kumpulan kawalan dan eksperimen. Kawalan wanita disimpan dalam diet standard, yang dialami – diet yang tinggi lemak. Seperti yang dijangkakan, ini menyebabkan obesiti ketara pada wanita dalam kumpulan eksperimen.

Kemudian, keturunan diperolehi dari semua wanita, yang, selepas tempoh penyusuan selama tiga minggu, diberikan makanan standard (rendah lemak) selama empat minggu. Keturunan ibu yang gemuk (diet tinggi lemak ibu, MHFD) tidak berbeza dari keturunan ibu biasa (diet biasa ibu, MRD) dalam berat badan. Walau bagaimanapun, dalam tingkah laku sosial mereka, mereka berbeza secara radikal: tikus MHFD (keturunan ibu yang terlalu banyak) menunjukkan minat yang ketara dalam komunikasi berbanding MRD (keturunan ibu yang biasanya diberi makan).

Tingkah laku sosial diuji dengan cara yang berbeza: sebagai contoh, dua tikus yang tidak dikenali dimasukkan ke dalam sel dan bilangan dan tempoh kenalan dihitung. Reka bentuk ujian lain ditunjukkan dalam Rajah. 2

Rajah. 2 Ujian untuk keramahtamahan dan minat terhadap orang yang tidak dikenali. Tikus ujian dimasukkan ke dalam sel, dibahagikan kepada tiga ruang dengan dawai, dan dibenarkan untuk memulakan (Habituation). Kemudian letakkan tetikus lain di petak kiri (M1), dan yang betul dibiarkan kosong (E) dan mengukur masa yang dibelanjakan oleh haiwan ujian berhampiran kedua-dua petak (ujian sosial). Selepas itu, tetikus lain ditanam di petak yang betul (M2) dan lihat jika orang asing itu akan menarik perhatian individu yang diuji (ujian untuk kebaruan sosial). Imej dari artikel dalam perbincangan Sel

Tikus MHFD (keturunan ibu berlebihan) dalam semua ujian menunjukkan tingkah laku sosial yang merosot: mereka tidak mahu berkomunikasi dengan saudara-mara mereka dan tidak menunjukkan minat yang meningkat kepada orang yang tidak dikenali, lazimnya tikus normal.

Analisis mikrobiota menunjukkan bahawa struktur komuniti bakteria dalam usus MHFD dan tikus MRD (keturunan ibu yang biasanya diberi makan) berbeza dengan ketara, dan perbezaannya adalah hampir sama bagi ibu mereka.Sekarang adalah perlu untuk mengetahui sama ada terdapat kaitan antara microbiota usus yang diubah dan tingkah laku sosial yang merosot.

Tikus mengamalkan coprophagy, jadi berkongsi dengan tikus lain harus memudahkan pertukaran bakteria usus antara individu. Ternyata jika tikus MHFD muda tinggal di dalam kotak yang sama dengan tiga tikus MRD selama 4-5 minggu, mikrobiota usus menjadi hampir sama dengan tikus MRD, dan tingkah laku sosial sepenuhnya dinormalisasi. Dalam kes ini, tikus MHFD yang hidup dengan tiga tikus MHFD yang lain digunakan sebagai kawalan (mereka kekal cacat secara sosial). Hasilnya konsisten dengan anggapan bahawa perubahan dalam mikrobiota usus dalam tikus MHFD adalah penyebab tingkah laku sosial yang terganggu.

Persoalan seterusnya adalah perubahan mikrobiota yang bertanggungjawab terhadap ketakmakilan keturunan ibu yang berlebihan. Mungkin mereka mempunyai bakteria khas yang melanggar tingkah laku mereka di dalam usus, dan mungkin, sebaliknya, mereka kurang beberapa mikroorganisma yang memastikan tingkah laku sosial normal tikus yang sihat. Penulis menguji apa yang akan berlaku jika tiga tikus MHFD tinggal selama beberapa minggu dengan satu tikus MRD. Ternyata dalam hal ini, tingkah laku MHFD dinormalisasi, sementara di tikus MRD tetap normal.Ini bermakna bahawa perkara yang paling mungkin ialah sesuatu yang hilang dalam mikrobiota MHFD tikus asosial, dan bukan dalam fakta bahawa sesuatu yang berbahaya hadir di dalamnya.

Dalam kes ini, tikus yang benar-benar tidak mempunyai mikrobiota bakteria (bebas kuman) juga harus asosial. Ini telah diuji dan disahkan: tikus bebas kuman menunjukkan kira-kira hasil yang sama seperti MHFD dalam semua ujian sosial. Selain itu, ternyata jika tikus antimikroba yang dijangkiti "dijangkiti" secara buatan dengan mikrobiota tikus MRD yang sihat (dengan memberi makan sampah), tingkah laku sosial mereka sepenuhnya dinormalisasi, serta komposisi bakteria usus. Walau bagaimanapun, ini tidak berlaku jika prosedur yang sama dilakukan dengan tikus bebas kuman pada usia lapan minggu (dalam hal ini, komposisi mikrobiota usus normal, dan tingkah laku sosial tidak). Tikus-tikus MHFD, seperti yang diharapkan, tidak mempunyai kesan penyembuhan seperti itu, tidak kira berapa umur mereka diberi makan untuk membunuh tikus. Keputusan ini selaras dengan anggapan bahawa mikrobiota entah bagaimana mempengaruhi perkembangan otak tetikus.

Analisis metagenomik mendedahkan beberapa spesies bakteria usus, yang jumlahnya berkurangan secara mendadak dalam MHFD berbanding dengan MRD. Bilangan bakteria menurun paling banyak (mengikut urutan magnitud) Lactobacillus reuteri. Ia sebelum ini telah menunjukkan bahawa L. reuteri menjejaskan pengeluaran oxytocin, hormon yang paling penting yang mengawal selia tingkah laku sosial (T. Poutahidis et al., 2013. Symbionts mikrob mempercepatkan luka melalui Neuropeptide Hormone Oxytocin). Oleh itu, kemungkinan mekanisme pengaruh mikrobiota terhadap tingkah laku sosial mula muncul: diet lemak mengurangkan jumlahnya L. reuteri ibu dan anak mereka, ini membawa kepada pengurangan dalam pengeluaran oxytocin di otak dan, sebagai hasilnya, kepada kemahalan.

Untuk menguji hipotesis ini, penulis menambah bakteria hidup. L. reuteri ke dalam air yang disahkan oleh tikus MHFD berusia 3 hingga 7 minggu. Selaras dengan jangkaan, "bioadditive" ini menormalkan tingkah laku sosial haiwan eksperimen. Ia tidak menjejaskan tikus MRD, jelas, kerana mereka sudah cukup L. reuteri di dalam usus. Bakteria mati L. reuteri Asociality tidak sembuh. Menambah kepada air spesies lain yang sama, L. johnsonii, bilangannya juga dikurangkan dalam MHFD berbanding dengan MRD.

Dalam tikus MHFD dan dalam tikus bebas kuman, sebagai tambahan kepada kecuaian, gejala lain ciri autisme diperhatikan: tindakan berulang dan peningkatan kecemasan. Gejala-gejala ini tidak hilang daripada menambah L. reuteri ke dalam air, dan juga dari makan tikus tikus MRD. Sebaliknya, sebelum ini ia ditunjukkan bahawa ia dikeluarkan oleh penambahan bakteria usus manusia kepada makanan Bacteroides fragilis (lihat: Rawatan dysbiosis usus melegakan simptom autisme, "Unsur", 12/13/2013).

Satu cara atau yang lain, pengaruhnya L. reuteri sangat spesifik: ia mempengaruhi hanya tingkah laku sosial, tetapi tidak komponen lain dari "gangguan spektrum autisme", ciri tikus dengan mikrobiota usus yang merosot.

Sejajar dengan hipotesis itu L. reuteri mempengaruhi tingkah laku sosial melalui pengaktifan sistem oxytocin otak, dalam tikus MHFD, bilangan neuron yang menghasilkan oxytocin dalam nukleus hipotalamik paraventricular yang bertanggungjawab untuk pengeluaran oxytocin (dengan jumlah bilangan neuron yang berterusan di dalam nukleus) dikurangkan. Menambah L. reuteri dalam air minuman menormalkan bilangan neuron yang memancarkan oksitosin.

Peranan yang paling penting dalam tingkah laku sosial mamalia dimainkan oleh sistem penguat dalaman, asas yang terdiri daripada neuron dopaminergik di kawasan tayar tengah ventral (VTA) (lihat: Dalam "sistem ganjaran" mendapati neuron yang teruja oleh premonisi yang baik, Elemen, 10 Februari 2012).Neuron ini menerima isyarat oksitosin dari nukleus paraventrikular, yang meningkatkan kecenderungannya kepada isyarat lain (glutamatergik) yang membawa maklumat penting sosial. Untuk meletakkannya dengan mudah, oxytocin, yang datang ke VTA dari nukleus paraventrikular, bergantung kepada minat saudara dan keseronokan yang diperoleh daripada berkomunikasi dengan mereka.

Analisis arus possynaptik glutamatergik dalam neuron VTA dopamine menunjukkan bahawa dalam tikus MRD (keturunan ibu yang biasanya diberi makan) sehari selepas sepuluh minit bersentuhan dengan tetikus yang tidak dikenali, arus ini ditingkatkan berbanding dengan MHFD (keturunan ibu yang terlalu banyak). Sehari selepas berkomunikasi dengan tikus yang biasa, kegembiraan neuron ini adalah sama rendah di MRD dan MHFD. Oleh itu, diet ibu-ibu mempengaruhi kekuatan tindak balas jangka panjang sistem ganjaran dalaman untuk kebaruan sosial.

Akhirnya, dalam siri eksperimen akhir, penulis menunjukkan bahawa jangkitan buatan tikus dengan bakteria MHFD L. reuteri Memulihkan tindak balas VTA normal kepada kenalan sosial. Kesan yang sama memberikan penyenyapan mudah oxytocin dalam hidung.

Oleh itu, gambar itu agak lipat dan meyakinkan.Diet yang tinggi lemak menyebabkan obesiti dan secara dramatik mengurangkan jumlah L. reuteri dalam usus wanita. Ibu memindahkan mikrobiota beliau yang terganggu kepada anak. Sejak bakteria L. reuteri perlu bagi perkembangan normal sistem oxytocinergic otak, dalam anak-anak seperti bilangan neuron oksitosin dalam hipotalamus dikurangkan. Oleh kerana itu, sistem ganjaran dalaman (VTA) tidak belajar untuk menghasilkan perasaan yang menyenangkan sebagai tindak balas terhadap rangsangan sosial, dan binatang tumbuh tak acuh kepada komunikasi.

Mekanisme pengaruh L. reuteri pengeluaran oxytocin oleh nukleus paraventrikular masih harus dilihat. Walau bagaimanapun, terdapat sebab yang baik untuk mempercayai bahawa saraf vagus terlibat di dalamnya, yang menghantar isyarat dari usus ke otak, termasuk nukleus paraventricular. Dengan cara ini, maklumat mengenai jangkitan usus memasuki otak, yang merangsang tindak balas imun (X. Wang et al., 2002). Satu lagi jenis lactobacillus usus, L. rhamnosus, mengurangkan kebimbangan semasa tekanan, dan saraf vagus turut mengambil bahagian dalam ini (jika dipotong, kesannya hilang). Akhir sekali, terdapat data langsung yang menunjukkan bahawa L. reuteri menjejaskan pengeluaran oxytocin pada tikus yang diantarkan oleh saraf vagus (T. Poutahidis et al., 2013).Symbionts mikrob mempercepatkan penyembuhan luka (melalui Neuropeptide Hormone Oxytocin).

Adakah penemuan ini terpakai kepada orang itu? Ia mungkin sangat baik. Seperti yang telah disebutkan, ibu-ibu yang berlebihan berat meningkatkan kemungkinan "gangguan spektrum autisme" pada orang. Adalah diketahui bahawa ramai orang yang mengalami masalah seperti ini telah membunuh microbiota usus. Ia juga diketahui bahawa obesiti disertai dengan perubahan dalam mikrobiota usus pada manusia dan primata lain. Kerana L. reuteri menyembuhkan tikus "autistik" untuk keganasan, dan bakteria Bacteroides fragilis melegakan gejala-gejala lain, seperti kebimbangan meningkat dan tindakan berulang, adalah mungkin untuk menganggap bahawa kompleks bakteria usus yang dipilih dengan tepat boleh menjadi rawatan yang berkesan untuk gejala autisme, bukan hanya pada tikus, tetapi juga pada manusia.

Di sini anda masih dapat membuat spekulasi bahawa bakteria sendiri mungkin bermanfaat untuk merangsang sosiolinguistik pemiliknya dan terutama minat orang asing, kerana ia membantu bakteria menjangkiti tuan rumah baru. Meneruskan garis pemikiran ini, seseorang dapat membayangkan kemungkinan peranan microbiota dalam evolusi tingkah laku sosial secara umum dan bentuk individu khususnya, termasuk juga kultus agama. Bagi pembaca yang berminat dengan idea tersebut, saya cadangkan artikel oleh Alexander Panchin dan rakan-rakannya: Alexander Y. Panchin, Alexander I.Tuzhikov dan Yuri V. Panchin, 2014. Midichlorians – hipotesis biomeme: adakah terdapat komponen mikrob untuk ritual keagamaan?

Sumber: Shelly A. Buffington, Gonzalo Viana Di Prisco, Thomas A. Auchtung, Nadim J. Ajami, Joseph F. Petrosino, Mauro Costa-Mattioli. Perekaman Mikroba Defisit Sosial dan Sinaptik Diet yang Diinduksi Di Ibu / Sel. 2016. V. 165. P. 1762-1775.

Lihat juga kesan mikrobiota simbiotik pada fisiologi dan tingkah laku organisma multiselular:
1) Mikroflora usus mengubah seseorang menjadi "superorganisme", "Elemen", 09.06.2006.
2) Toxoplasma – parasit yang memanipulasi budaya manusia, "Unsur", 09/05/2006.
3) Bakteria Symbiotik menggantikan cacing laut dengan organ pencernaan dan kotoran, Elemen, 19 September 2006.
4) Bedbugs memberi makan kepada anak-anak mereka dengan bakteria bermanfaat, Elemen, 13.10.2006.
5) Loji, kulat dan virus digabungkan untuk menahan suhu tinggi, "Unsur", 29.01.2007.
6) Keupayaan aphids untuk menyesuaikan diri dengan turun naik suhu bergantung kepada bakteria simbiotik, Elemen, 13 April 2007.
7) Bakteria usus membantu Jepun untuk mencerna alga, "Unsur", 04/08/2010.
8) Pilihan pasangan perkahwinan dalam haiwan bergantung kepada bakteria, "Unsur", 12.11.2010.
9) Bakteria Symbiotik mengecat tuan rumah mereka dalam warna hijau, "Unsur", 11/30/2010.
10) Mikroflora usus memberi kesan kepada kecenderungan untuk penyakit autoimun, "Unsur", 04.24.2013.
11) Rawatan dysbiosis usus melegakan simptom autisme, "Unsur", 12/13/2013.
12) I. Zilber-Rosenberg, E. Rosenberg.Peranan mikroorganisma dan tumbuh-tumbuhan: teori evolusi hologenome // Ulasan FEMS Mikrobiologi. 2008.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: