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Darmmikroben können für die Behandlung neurologischer Erkrankungen von entscheidender Bedeutung sein

Darmmikroben können für die Behandlung neurologischer Erkrankungen von entscheidender Bedeutung sein
  • Darmmikroben können zur Behandlung von Symptomen neurologischer Erkrankungen beitragen. 

  • Behandlung mit einer bestimmten Mikrobe namens L. reuteri förderte die Produktion von Verbindungen, die soziale Verhaltensdefizite bei Tieren mit autismusähnlichen Störungen verbessern.

Dieser Artikel wurde veröffentlicht am Bneuigkeiten vom Aylor College of Medicine: 

Wenn wir über die Ursachen neurologischer Störungen und deren Behandlung nachdenken, denken wir darüber nach, das Gehirn ins Visier zu nehmen. Aber ist das der beste oder einzige Weg? Vielleicht nicht. Neue Forschungsergebnisse von Wissenschaftlern des Baylor College of Medicine legen nahe, dass Mikroben im Darm zu bestimmten Symptomen im Zusammenhang mit komplexen neurologischen Störungen beitragen können. Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Zelledeuten auch darauf hin, dass von Mikroben inspirierte Therapien eines Tages bei der Behandlung helfen könnten.

Dr. Mauro Costa-Mattioli, Professor und Stiftungslehrstuhl der Cullen Foundation für Neurowissenschaften und Direktor des Memory and Brain Research Center in Baylor, entdeckte mit seinem Team, dass verschiedene abnormale Verhaltensweisen voneinander abhängig durch die Gene und das Mikrobiom des Wirts reguliert werden. Insbesondere fand das Team heraus, dass in Mausmodellen für neurologische Entwicklungsstörungen die Hyperaktivität durch die Genetik des Wirts gesteuert wird, während Defizite im Sozialverhalten durch das Darmmikrobiom vermittelt werden.

Noch wichtiger aus therapeutischer Sicht war, dass sie herausfanden, dass die Behandlung mit einem bestimmten Mikroorganismus, der die Produktion von Verbindungen der Biopterinfamilie im Darm fördert, oder die Behandlung mit einem metabolisch aktiven Biopterinmolekül das Sozialverhalten, nicht aber die motorische Aktivität verbesserte.

„Wir sind Träger sowohl der Wirts- als auch der mikrobiellen Gene. Während der Schwerpunkt traditionell auf Wirtsgenen lag, ist das Darmmikrobiom, die Gemeinschaft der Mikroorganismen, die in uns leben, eine weitere wichtige Quelle genetischer Informationen“, sagte Costa-Mattioli .

Die Arbeit von Costa-Mattiolis Gruppe bietet eine andere Denkweise über neurologische Störungen, bei denen sowohl menschliche als auch mikrobielle Gene miteinander interagieren und zur Erkrankung beitragen. Ihre Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass wirksame Behandlungen wahrscheinlich sowohl auf das Gehirn als auch auf den Darm abzielen müssten, um alle Symptome vollständig zu bekämpfen. Darüber hinaus eröffnen sie die Möglichkeit, dass andere komplexe Erkrankungen wie Krebs, Diabetes, Virusinfektionen oder andere neurologische Störungen eine Mikrobiomkomponente haben können.

Crosstalk zwischen Gehirn, Darm und Mikrobiom

„Es ist sehr schwierig, diese komplexen Wechselwirkungen beim Menschen zu untersuchen. Deshalb haben wir in dieser Studie mit einem Mausmodell für neurologische Entwicklungsstörungen gearbeitet, bei dem den Tieren beide Kopien des Cntnap2-Gens fehlten (Cntnap2-/-Mäuse)“, sagte Co-First Autor Sean Dooling, Ph.D. Kandidat für Molekular- und Humangenetik im Costa-Mattioli-Labor. „Diese Mäuse zeigten soziale Defizite und Hyperaktivität, ähnlich denen, die bei Autismus-Spektrum-Störungen (ASD) beobachtet werden. Darüber hinaus wiesen diese Mäuse, wie viele Menschen mit ASD, im Vergleich zu Mäusen ohne Autismus-Spektrum-Störungen auch Veränderungen in den Bakterien auf, aus denen ihr Mikrobiom besteht.“ die genetische Veränderung.“

Weitere Experimente zeigten, dass die Modulation des Darmmikrobioms das Sozialverhalten der mutierten Mäuse verbesserte, ihre Hyperaktivität jedoch nicht veränderte, was darauf hindeutet, dass die Veränderungen im Mikrobiom selektiv zum Sozialverhalten der Tiere beitragen.

„Wir konnten den Beitrag des Mikrobioms und den der genetischen Mutation des Tieres zu den Verhaltensänderungen unterscheiden“, sagte Dooling. „Dies zeigt, dass das Darmmikrobiom als wichtige Variable bei der Untersuchung von Gesundheit und Krankheit nicht ignoriert werden sollte.“

Ausgestattet mit diesem Wissen gingen die Forscher tiefer in den Mechanismus ein, der der Wirkung des Mikrobioms auf die sozialen Defizite des Tieres zugrunde liegt. Basierend auf ihrer bisherigen Arbeit behandelten die Forscher die Mäuse mit dem probiotischen Mikroorganismus. L. reuteri.

"Wir haben das gefunden L. reuteri kann auch normales Sozialverhalten wiederherstellen, kann aber die Hyperaktivität bei Cntnap2-/- Mäusen nicht korrigieren“, sagte Co-Erstautorin Dr. Shelly Buffington, eine ehemalige Postdoktorandin im Costa-Mattioli-Labor und jetzt Assistenzprofessorin an der University of Texas Medical Niederlassung in Galveston.

Die größere Überraschung kam jedoch, als die Forscher den asozialen Mäusen einen Metaboliten oder eine Verbindung verabreichten, die sie im Darm des Wirts vermehrten L. reuteri. Sie fanden heraus, dass sich auch die sozialen Defizite der Tiere verbesserten, nachdem sie mit dem Metaboliten statt mit den Bakterien behandelt wurden.

„Dies bietet uns mindestens zwei Möglichkeiten, das Gehirn vom Darm aus zu modulieren, mit den Bakterien oder dem bakterieninduzierten Metaboliten“, sagte Buffington.

Bakterien zur Heilung Ihres Gehirns und darüber hinaus

Könnte diese Arbeit zu neuen Durchbrüchen bei der Behandlung neurologischer Erkrankungen führen? Obwohl es noch zu früh ist, um eine sichere Aussage zu treffen, sind die Forscher besonders gespannt auf die translationalen Implikationen ihrer Ergebnisse. „Unsere Arbeit stärkt das aufkommende Konzept einer neuen Grenze für die Entwicklung sicherer und wirksamer Therapeutika, die mit selektiven probiotischen Bakterienstämmen oder von Bakterien inspirierten Arzneimitteln auf das Darmmikrobiom abzielen“, sagte Buffington.

„Wenn wir mehr über die Funktionsweise dieser Bakterien erfahren, werden wir in der Lage sein, ihre Kraft präziser und effektiver zu nutzen, um bei der Behandlung des Gehirns und vielleicht noch mehr zu helfen“, fügte Dooling hinzu.

Diese Forschung stellt einen wichtigen Fortschritt auf diesem Gebiet dar, da viele Erkrankungen, insbesondere solche, die das Gehirn betreffen, nach wie vor sehr schwer zu behandeln sind.

„Trotz aller wissenschaftlichen Fortschritte und der vielversprechenden Genmanipulation ist es immer noch schwierig, menschliche Gene zur Behandlung von Krankheiten zu modulieren, aber die Modulation unseres Mikrobioms könnte eine interessante, nichtinvasive Alternative sein“, sagte Costa-Mattioli. In der Tat, L. reuteri wird derzeit in einer klinischen Studie in Italien an Kindern mit Autismus getestet, und Costa-Mattioli möchte bald mit einer eigenen Studie beginnen.

„In meinen kühnsten Träumen hätte ich mir nie vorstellen können, dass Mikroben im Darm das Verhalten und die Gehirnfunktion modulieren könnten. Jetzt zu denken, dass auf Mikroben basierende Strategien ein praktikabler Weg zur Behandlung neurologischer Dysfunktionen sein könnten, ist immer noch wild, aber sehr aufregend.“

Diese Studie wurde veröffentlicht in Zelle im März 2021.



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