Artikel zur Langlebigkeit

Veränderungen im Darmmikrobiom beeinflussen die Gesundheit und Kognition des Gehirns

Veränderungen im Darmmikrobiom beeinflussen die Gesundheit und Kognition des Gehirns
  • Eine Studie an Mäusen ergab, dass bestimmte Darmmikroben die kognitive Funktion beeinträchtigen. 
  • Hohe Mengen an Bilophila bakterien beeinträchtigten die Funktion des Hippocampus – der Gehirnregion, die am stärksten mit Lernen und Gedächtnis verbunden ist – und bei Mäusen, die eine ketogene Diät erhielten oder unter sauerstoffarmen Bedingungen gehalten wurden, war dies höher Bilophila ebenen. 
  • Außerdem machten Mäuse mit der ketogenen Diät durchschnittlich 30 % mehr Fehler bei einem Labyrinthtest als Mäuse mit der Standarddiät. 

Dieser Artikel wurde im UCLA Newsroom veröffentlicht:

Jüngste Forschungen haben ergeben, dass Veränderungen in der Darmmikrobiota – den Billionen von Bakterien und anderen Mikroben, die im Darm leben – das Gehirn und das Verhalten verändern können. Nun könnte eine von Wissenschaftlern der UCLA geleitete Studie klären, wie und warum dieses Phänomen auftritt.

In dem Experiment, das mit Mäusen durchgeführt wurde, stellten die Forscher fest, dass Darmmikroben die Auswirkungen kognitiver Beeinträchtigungen verschlimmern können, da sie den Hippocampus beeinflussen, die Region des Gehirns, die für Gedächtnis und Lernen entscheidend ist. Sie fanden heraus, dass die Konzentration einer Bakteriengruppe namens Bilophila in der Darmmikrobiota von Mäusen, die mit einer ketogenen Diät – reich an Fett und wenig Kohlenhydraten – gefüttert wurden, dramatisch anstieg und ihnen zeitweise Sauerstoff entzogen wurde, was zu einem Zustand namens „Bilophila“ führte Hypoxie.

Die Wissenschaftler fanden außerdem heraus, dass eine ketogene Diät, Hypoxie und die Behandlung mit einer Bilophila-Art namens Bilophila wadsworthia den Hippocampus beeinträchtigten, was bei Mäusen zu einer verminderten kognitiven Leistungsfähigkeit führte.

Die Forscher verabreichten mehreren Mäusen eine ketogene Diät, andere eine Standarddiät. Anschließend erhielten alle Mäuse fünf aufeinanderfolgende Tage lang reduzierte Sauerstoffmengen und hatten dann vier Tage Zeit, sich zu erholen. Den Tieren etwas Sauerstoff zu entziehen, war für die Wissenschaftler eine Möglichkeit, kognitive Beeinträchtigungen hervorzurufen, um die kognitiven Beeinträchtigungen beim Menschen nachzuahmen, die durch neurologische Erkrankungen oder Alterung verursacht werden können.

Als nächstes beobachteten die Wissenschaftler ihre Fähigkeit, durch ein Labyrinth zu navigieren. Beim Versuch, den Weg aus einem Labyrinth zu finden, machten Mäuse mit der ketogenen Diät durchschnittlich 30 % mehr Fehler als Mäuse mit der Standarddiät. (Der Unterschied zwischen den beiden Gruppen betrug 25 % bis 75 %.)

Die Forscher untersuchten auch, ob die verschiedenen Diäten allein bei Mäusen, denen kein Sauerstoff entzogen wurde, zu einer Veränderung des kognitiven Verhaltens führen könnten. In diesem Experiment gab es keinen nennenswerten Unterschied in der Fähigkeit der Mäuse, den Weg aus dem Labyrinth zu finden, je nachdem, ob sie eine ketogene Diät oder eine Standarddiät erhielten – was darauf hindeutet, dass die negativen Auswirkungen auf die kognitiven Fähigkeiten nur in Kombination mit Sauerstoffmangel auftraten .

„Diese Ergebnisse unterstreichen die Fähigkeit verschiedener Umweltfaktoren, zusammenzuwirken, um das kognitive Verhalten von Mäusen zu beeinflussen“, sagte Hauptautorin Christine Olson, eine Doktorandin der UCLA.

Als nächstes untersuchten die Forscher, was passieren würde, wenn sie die Mikrobiota der Mäuse dezimieren würden, bevor sie eine ketogene Diät verabreichten und sie einer Hypoxie aussetzten. Interessanterweise machten Mäuse, deren Mikrobiota zuerst erschöpft war, im Labyrinth deutlich weniger Fehler als Mäuse, die Hypoxie ausgesetzt waren und eine ketogene Diät erhielten, deren Mikrobiota jedoch zuvor nicht verändert worden war.

„Dies deutet darauf hin, dass die mit der ketogenen Ernährung und Hypoxie verbundenen Mikroben zu den schädlichen Auswirkungen auf kognitive Beeinträchtigungen beitragen könnten“, sagte Olson.

Die Autoren stellten fest, dass Bilophila wadsworthia verändert, welche Gene im Hippocampus ein- oder ausgeschaltet werden, und dass das Bakterium die normale zelluläre Signalübertragung im Hippocampus reduziert.

„Bilophila wadsworthia störte die Hippocampusaktivität und das kognitive Verhalten auf ähnliche Weise, wie es Hypoxie und die ketogene Diät zusammen bewirkten“, sagte Olson. Sie fügte hinzu, dass die Veränderungen angesichts der wichtigen Rolle des Hippocampus beim Lernen und Gedächtnis Hinweise darauf geben, wie Bilophila das kognitive Verhalten beeinflusst.

Wissenschaftler entdecken gerade mikrobielle Arten, die Verhaltensänderungen bei Mäusen und anderen Tieren beeinflussen können, sagte Hsiao. Sie fügte hinzu, dass es wichtig sei, genauer zu untersuchen, wie mikrobielle Arten das Gehirn beeinflussen können – beispielsweise durch zelluläre Veränderungen, die als Reaktion auf Mikroben auftreten.

Elaine Hsiao, De Logi-Professorin für Biowissenschaften an der UCLA und außerordentliche Professorin für Verdauungskrankheiten an der David Geffen School of Medicine der UCLA, sagte, die neue Studie könne ein wichtiger Schritt sein, um herauszufinden, welche Mikroben die kognitiven Fähigkeiten beeinflussen oder beeinträchtigen.

„Die Identifizierung früher Risikofaktoren ist entscheidend, um eine frühzeitige Erkennung und Intervention bei kognitiven Beeinträchtigungen zu ermöglichen“, sagte Hsiao, der leitende Autor der Studie.

Hsiao fügte hinzu, dass weitere Untersuchungen erforderlich seien, um festzustellen, ob neben Bilophila auch andere Darmmikroben die kognitiven Fähigkeiten beeinflussen könnten und ob die Mikrobiota den kognitiven Verfall beim Menschen beeinflussen könnte.

Diese Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Zellwirt und Mikrobe im August 2021.  

Hinweis: Der Inhalt kann hinsichtlich Stil und Länge bearbeitet werden.



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