: 12.01.2023

Микробиота определяет развитие «социально» ориентированного мозга

В социальном поведении участвуют многие области мозга. В целом эти области известны и похожи у позвоночных животных, включая млекопитающих. Известно также, что микробиом – микроорганизмы (бактерии, грибы и вирусы), населяющие «хозяйский» макроорганизм, – влияет на развитие нервной системы и участвует в формировании социального поведения. Это было показано в экспериментах на мышах, лишенных микробиоты. Результаты нескольких клинических исследований также говорят об уменьшении поведенческих симптомов аутизма после вмешательства в состав кишечного микробиома. Однако оптимальные параметры таких вмешательств, как и лежащие в их основе механизмы, остаются неизвестными.

Популярной исследовательской моделью для изучения становления нервной системы служат небольшие рыбки данио рерио (zebrafish): их личинки прозрачны, и все процессы развития легко визуализировать уже на ранних стадиях. При этом эти рыбки довольно общительны: к примеру, когда две особи видят друг друга через стеклянную перегородку, они сближаются и плавают буквально бок о бок, несмотря на препятствие.

Ранее ученые под руководством исследователей из Орегонского университета (США) идентифицировали субпопуляцию нейронов vTely³²¹, которые отвечают за «социальную ориентацию» у этих рыбок: если эти нейроны не работают, рыбки не проявляют интереса друг к другу. Сейчас исследователи провели новые эксперименты, чтобы выяснить влияние микробиоты на эти нейроны.

Известно, что в регуляции развития мозга активно участвуют клетки микроглии – макрофаги головного мозга, относящиеся к иммунным клеткам. Эта регуляция включает модификацию нейронов путем направления роста их длинных отростков (аксонов), а также так называемую синаптическую обрезку. Обрезка – обычный этап развития мозга, на котором в нем удаляются беспорядочные, случайно возникшие нейронные связи, которые мешают тем, что действительно важны.

Оказалось, что микробиота способствует увеличению количества клеток микроглии, участвующих в синаптической обрезке нейронов vTely³²¹ . Она также влияет на работу в этих клетках генов системы комплемента – каскадной системы протеолитических ферментов, которая в первую очередь используется для защиты от чужеродных агентов. Известно, что именно система комплемента является инструментом микроглии, с помощью которого она ремоделирует аксоны и участвует в правильном формировании нейронных цепей.

Однако клетки микроглии нормально «обрезали» лишние связи между нейронами только у здоровых данио рерио. У особей, в микробиоте которых отсутствовало несколько бактериальных штаммов, синаптическая обрезка на ранних этапах развития мозга не происходила, а подросшие рыбки демонстрировали неправильное социальное поведение. При этом последующее добавление в организм рыбок этих штаммов лишь частично восстанавливало дефекты плотности отростков у нейронов vTely³²¹.

Таким образом, было выявлено временное окно на этапе развития нервной системы, в которое состав микробиома влияет на формирование у рыбок нормального социального поведения. Можно предположить, что и у людей состав микробиоты может влиять на работу системы комплемента в микроглии и определять характер синаптической обрезки нейронов, результатом чего могут стать нарушения развития нервной системы. И, как показали ученые, это вполне реально.

Оказалось, что «социальные» нейроны похожи, как минимум, у рыбок и мышей. У обоих этих видов позвоночных они демонстрируют характерную «картину» активности генов, а также маркеров работы нейромедиаторов, которые они синтезируют и высвобождают в процессе передачи информации.

Обычно подтипы нейронов классифицируют на основе нейромедиатора, который они используют, и чтобы понять, как функционируют нейронные цепи, а также корректно применять фармакологические подходы к лечению неврологических состояний, важно знать точную природу сигнала, посылаемого одними нейронами другим.

Сейчас ученые показали, что нейроны vTely³²¹ могут использовать два нейромедиатора – ацетилхолин и гамма-аминомаслянуюкислоту. И, похоже, такая «картина» является эволюционно консервативной. Поэтому можно, с одной стороны, проводить сравнительные исследования работы «социальных» нейронов у разных животных. С другой стороны, полученные результаты могут быть применимы и к человеку, указывая путь к лечению неврологических нарушений.

Фото: https://gutscharity.org.uk

: 12.01.2023