Artikel zur Langlebigkeit

Von Darmmikroben produziertes Molekül verbessert das Gedächtnis von Mäusen

ein von Darmmikroben produziertes Molekül verbessert das Gedächtnis von Mäusen
  • Eine neue Studie verbindet Genetik, Darmmikrobiom und Gedächtnis in der Forschung mit Mäusen. 

  • Forscher identifizierten Laktat als einen gedächtnissteigernden molekularen Botenstoff, der von allen Arten der Darmmikroben Lactobacillus (L. reuteri) produziert wird.

  • Die Fütterung von keimfreien Mäusen mit L. reuteri oder Laktat führte zu einer deutlichen Verbesserung ihres Gedächtnisses und einem Anstieg von GABA, einem Neurotransmitter, der mit der Gedächtnisbildung verbunden ist. 

Dieser Artikel wurde in den Pacific Northwest National Laboratory News veröffentlicht: 

Eine neue Studie ist eine der ersten, die die molekularen Zusammenhänge zwischen Genetik, Darmmikrobiom und Gedächtnis in einem Mausmodell untersucht, das so gezüchtet wurde, dass es der Vielfalt der menschlichen Bevölkerung ähnelt.

Während zuvor verlockende Verbindungen zwischen dem Darmmikrobiom und dem Gehirn gefunden wurden, fand ein Forscherteam zweier nationaler Labore des US-Energieministeriums neue Beweise für konkrete Verbindungen zwischen dem Darm und dem Gehirn.

Das Team identifizierte Laktat, ein Molekül, das von allen Arten einer Darmmikrobe produziert wird, als einen wichtigen molekularen Botenstoff zur Gedächtnissteigerung. Die Arbeit wurde am 17. April in der Zeitschrift veröffentlicht BMC-Mikrobiom.

„Unsere Studie zeigt, dass das Mikrobiom möglicherweise mit der Genetik zusammenarbeitet, um das Gedächtnis zu beeinflussen“, sagte Janet Jansson, mikrobielle Ökologin am Pacific Northwest National Laboratory und korrespondierende Autorin der Studie.

Wissenschaftler wissen, dass Mäuse, die mit gesundheitsfördernden Mikroben, sogenannten Probiotika, gefüttert wurden, mehrere positive Vorteile erfahren. Wissenschaftler wissen auch, dass Mikroben Moleküle produzieren, die durch das Blut wandern und als chemische Botenstoffe fungieren, die andere Teile des Körpers, einschließlich des Gehirns, beeinflussen. Bisher war jedoch nicht klar, welche spezifischen Mikroorganismen und mikrobiellen molekularen Botenstoffe das Gedächtnis beeinflussen könnten.

„Die Herausforderung besteht darin, dass die einzigartige genetische Ausstattung und die Umweltbedingungen einer Maus auch ihr Gedächtnis und ihr Mikrobiom beeinflussen“, sagte Antoine Snijders, Biowissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) und Mitautor. „Um herauszufinden, ob ein mikrobielles Molekül das Gedächtnis beeinflusst, mussten wir die Wechselwirkung zwischen Genetik und Mikrobiom verstehen.“

Der Einfluss des Mikrobioms auf das Gedächtnis sei derzeit ein sehr aktives Forschungsgebiet, fügte er hinzu, wobei in den letzten fünf Jahren mehr als 100 Artikel über Zusammenhänge zwischen gängigen Probiotika und dem Gedächtnis veröffentlicht wurden.

Die Mausgenetik beeinflusst das Gedächtnis und das Darmmikrobiom

Bevor sie mit der Suche nach Molekülen beginnen konnten, die an der Verbesserung des Gedächtnisses beteiligt sein könnten, mussten Jansson, Snijders und ihre Kollegen herausfinden, wie die Genetik das Gedächtnis beeinflusst.

Die Forscher begannen mit einer Sammlung von Mäusen namens Collaborative Cross. Sie züchteten 29 verschiedene Mäusestämme, um die genetische und physische Vielfalt einer menschlichen Population nachzuahmen. Es umfasst Mäuse unterschiedlicher Größe, Fellfarbe und Veranlagung (z. B. schüchtern oder frech). Forscher kennen auch die Genomsequenzen jedes Stammes.

Zunächst unterzog das Team jeden Mäusestamm einem Gedächtnistest. Anschließend untersuchten sie jeden Stamm auf genetische Variationen und korrelierten diese Variationen mit den Gedächtnisergebnissen. Sie fanden zwei Sätze von Genen, die mit dem Gedächtnis verbunden sind. Bei einem handelte es sich um eine Reihe neuer Kandidatengene zur Beeinflussung der Kognition, während die andere Gengruppe bereits bekannt war.

Als nächstes analysierten die Forscher das Darmmikrobiom jedes Stammes, um mikrobielle Verbindungen zu den bereits vorhandenen genetischen und Gedächtnisverbindungen herzustellen. Sie identifizierten vier Familien von Mikroben, die mit einem verbesserten Gedächtnis verbunden waren. Die häufigste davon war eine Art von Lactobacillus, L. reuteri.

Um diesen Zusammenhang zu testen, verfütterten die Forscher L. reuteri an keimfreie Mäuse ohne Darmmikroben und testeten dann das Gedächtnis der Mäuse. Sie stellten eine deutliche Verbesserung im Vergleich zu keimfreien Mäusen fest, denen keine Mikroben verabreicht wurden. Die gleiche Verbesserung stellten sie auch fest, als sie keimfreie Mäuse mit einer von zwei anderen Lactobacillus-Arten fütterten.

„Während bereits früher über einen Zusammenhang zwischen Lactobacillus und dem Gedächtnis berichtet wurde, haben wir ihn in diesem unvoreingenommenen genetischen Screening auch unabhängig davon gefunden“, sagte Snijders. „Diese Ergebnisse legen nahe, dass die genetische Variation zu einem großen Teil das Gedächtnis sowie die Unterschiede in der Zusammensetzung des Darmmikrobioms zwischen den Stämmen steuert.“

Diät und Probiotika stärken das Gedächtnis

Schließlich wollten die Forscher herausfinden, welche mikrobenbezogenen Moleküle möglicherweise an der Verbesserung des Gedächtnisses beteiligt sind. Sie analysierten Stuhl, Blut und Gehirngewebe von keimfreien Mäusen, die jeweils mit einer bestimmten Lactobacillus-Art gefüttert wurden. Laktat war eines der häufigsten molekularen Nebenprodukte des Stoffwechsels; Es ist auch ein Molekül, das alle Lactobacillus-Stämme produzieren.

Das Team fütterte Mäuse, bei denen zuvor ein schlechtes Gedächtnis festgestellt worden war, mit Laktat und stellte fest, dass sich ihr Gedächtnis verbesserte. Mäuse, denen Laktat oder Lactobacillus-Mikroben verabreicht wurden, wiesen auch erhöhte Werte von Gamma-Aminobuttersäure (GABA) auf, einem molekularen Botenstoff, der mit der Gedächtnisbildung in ihren Gehirnen verbunden ist.

Um herauszufinden, ob der gleiche molekulare Mechanismus auch beim Menschen gelten könnte, kontaktierten die Forscher Paul Wilmes von der Universität Luxemburg, der einen winzigen Chip entwickelte, der nachahmt, wo Mikroben mit menschlichem Darmgewebe interagieren.

Als Wilmes und seine Kollegen L. reuteri in diesem Chip testeten, stellten sie fest, dass von den Mikroben produziertes Laktat durch das menschliche Darmgewebe wanderte, was darauf hindeutet, dass es in den Blutkreislauf gelangen und möglicherweise zum Gehirn gelangen könnte.

„Während diese Forschung die Idee bestärkt, dass Ernährung, Genetik und Verhaltensweisen – wie das Gedächtnis – miteinander verbunden sind, sind weitere Arbeiten erforderlich, um zu zeigen, ob Lactobacillus das Gedächtnis beim Menschen verbessern kann“, sagte Jansson.

Die Forschung bestärkt die Idee, dass Ernährung, Genetik und Gedächtnis miteinander verbunden sind, obwohl weitere Untersuchungen erforderlich sind, um herauszufinden, ob dies der Fall ist

Snijders stimmte zu und fügte hinzu, dass es eines Tages möglich sein könnte, Probiotika zur Verbesserung des Gedächtnisses in bestimmten Bevölkerungsgruppen einzusetzen, beispielsweise bei Menschen mit Lernschwierigkeiten und neurodegenerativen Erkrankungen.

Diese Studie wurde veröffentlicht in BMC Mikrobiom im April 2020. 



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