Кишечная микрофлора напрямую влияет на социальное взаимодействие

Кратко: Исследователи выделили кишечные бактерии E. faecalis в качестве медиатора социального поведения и уровня стрессового кортикостерона у мышей.

Могут ли микробы, живущие в наших телах, влиять на нашу способность общаться и заводить друзей? Американское исследование от июня 2021 года показывает, что ответ — для мышей — положительный.

Уже некоторое время известно, что сообщества бактерий, живущие в кишечнике мышей, необходимы этим животным для нормального социального взаимодействия с другими мышами. Мыши без кишечной микробиоты демонстрируют значительное антисоциальное поведение, такое как избегание чужой особи, а не взаимодействие с ней. Однако как именно это работает и почему, оставалось загадкой до последнего времени.

Исследование, о котором пойдёт речь, проводилось преимущественно в лаборатории Саркиса Мазманяна, Луиса Б. и Нелли Су, профессора микробиологии и исследователя Института медицинских исследований «Наследие» (некоммерческая исследовательская организация под руководством попечителя Калифорнийского технологического института, входящего в десятку лучших университетов мира — прим. пер.). Статья с описанием исследования вышла в журнале Nature 30 июня.

Исследователи в предыдущих работах пытались понять механизмы взаимосвязи проблем с микрофлорой и проблем с социальным взаимодействием у мышей. Уже было известно, что тестовые мыши со стерильным кишечником имеют более высокие уровни кортикостероидных гормонов, в частности, кортикостерона — мышиного аналога кортизола (часто называемого гормоном стресса у человека). Учёные в этой работе задались целью определить нейроны, одновременно связанные с уровнем кортикостерона и играющие роль в социальном поведении.

Взаимодействие гормона стресса и кишечной микрофлоры по словам профессора Мазманяна подчиняется простой закономерности — меньше бактерий означает больший уровень кортикостерона, то есть больший стресс для организма, и наоборот.

Нейронов, реагирующих на кортикостероиды, много — вопрос был в том, какие из них регулируют поведение животного. Исследовательская группа Мазманяна справилась с выделением предположительно ответственной нейросети и доказала своё предположение, генетически заблокировав действие кортикостерона на конкретно эти нейроны. Поведение такой мыши без микрофлоры, но и без действия стрессового гормона на обнаруженную учёными нейросеть, значительно приближалось к нормальному — несмотря на стерильный желудочно-кишечный тракт. Нейроэндокринный механизм взаимодействия микрофлоры и поведенческих нарушений был выявлен.

Теперь возникал вопрос: что за бактерии (или их отсутствие) вызывают стресс у организма в первую очередь? В ходе экспериментов была произведена пересадка кишечной микрофлоры стерильным мышам, и после процедуры те продемонстрировали снижение кортикостерона и приближение социального поведения к привычному для мышей. Систематический подход позволил выявить непосредственный источник столь выраженных реакций — бактерию Enterococcus faecalis. Тестовым мышам без микрофлоры была пересажена эта бактерия и все результаты пересадки цельной микробиоты повторились — нормализация поведения и падение уровня стресса.

Кишечная микрофлора напрямую влияет на социальное взаимодействие, изображение №1

Каким именно образом Enterococcus faecalis оказывает настолько значимое влияние, что его исчезновение серьёзно нарушает состояние организма, предстоит выяснить в будущих исследованиях.

«Эта работа укрепляет растущее понимание глубоких эффектов связи кишечника и мозга », — говорит Мазманян. — «Концептуально полученные данные закладывают основу для изучения подобных эффектов на людях».

Хотя экстраполирование результатов опытов на мышах на человека не всегда оказывается верным (и до непосредственных исследованиях на людях сложно говорить об аналогичных взаимодействиях), значительный прогресс в понимании связи между головным мозгом и кишечником человека уже сейчас позволяет предположить не менее серьёзное влияние человеческой микрофлоры на уровень стресса и на бесчисленные медицинские последствия колебаний стрессовых гормонов.

Понимание связей между кишечником и мозгом обнадёживает тем, что нервно-психические расстройства можно опосредованно улучшать, воздействуя на микробиом кишечника, который является гораздо более лёгкой и надёжной фармакологической целью для препаратов, чем мозг.

Интересна также возможность регуляции поведения носителя микрофлоры с её стороны. Исследования прошлых лет подтверждают прямую связь нервной системы и микробиоты как минимум через блуждающий нерв — перерезка этого нерва в научной работе 2011 года приводила к утрате влияния добавки с лактобактериями на мозг мыши, в то время как при сохранном блуждающем нерве введение Lactobacillus rhamnosus показало весьма схожий с вышеописанным исследованием эффект — уменьшение стресса и признаков депрессии. В исследовании 2018 года на дрозофилах было обнаружено влияние Lactobacillus brevis на активность мух-дрозофил, связанное с участием этих бактерий в метаболизме сахаров и последующей инактивацией норадреналиновых нейронов, реагирующих на ферментированный бактерией сахар — отсутствие этих бактерий приводило к повышению активности дрозофил. Наконец, в январе 2021 года научная работа, опубликованная в Science Advances показала, что единственный штамм бактерии Escherichia coli приводил к нарушению у мышей-самок родительского поведения, в результате чего их мышата росли с задержками из-за недокорма; вскармливание у других мышей, не имевших этого штамма, приводило к нормализации роста мышат. Авторы исследования отметили беспрецедентное открытие факта регуляции здоровых отношений матери и ребёнка не только гормонами, но и кишечными бактериями. Всё это только начало нового обширного пласта биологического знания, и открытия в области микробиотического взаимодействия с многоклеточными организмами побуждают пересмотреть многие устойчивые концепции прошлого.

Таким образом, наука и медицина активно углубляют наше понимание того, что уже сейчас многие исследователи называют «ось кишечник-мозг» — ось, которая в будущем, вероятно, будут выделять как один из ключевых аспектов природы в целом и человека в частности.

Человек предстаёт перед современной биологией как целая экосистема, состоящая из тысяч видов, каждый из которых связан множеством связей с тысячами других. Вопрос главенства в этой экосистеме, как и самый смысл такого понятия в контексте взаимодействия человека и его микроорганизмов становится всё более неясным, склоняясь в последние годы к ключевой роли микробиоты. Но уже сейчас мы можем с уверенностью говорить о крайне впечатляющем примере симбиоза, в котором невидимые глазом, одноклеточные организмы потенциально могут влиять на поведение представителей одного из самых сложных многоклеточных видов на Земле.

***

Автор: Никита Павловский

Основной источник: https://neurosciencenews.com/gut-microbiome-social-function-18847/