Мыши, в кишечнике которых было много бактерий четырех семейств, лучше запоминали опасный отсек в тесте на пассивное избегание. У животных, которым вводили лактобациллы или чистый лактат, память была лучше, чем у контрольных мышей.
Доля клеток, экспрессирующих медиатор гамма-аминомасляную кислоту, в гиппокампе этих животных была увеличена. Исследование, опубликованное в журнале Microbiome, открывает перспективу для нового подхода к лечению нарушений памяти.
Микробиом кишечника связывают не только с общим здоровьем, но и с поведением и памятью. На мышах показано, что пробиотики с лактобациллами и бифидобактериями снижают тревожность и улучшают память животных. Как бактерии кишечника влияют на процессы мозга, не ясно. Известно лишь, что прием лактобацилл увеличивает количество тормозного медиатора гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) и рецепторов к нему в мозге.
Ученые из Люксембурга и США под руководством Антуана Снейдерса (Antoine Snijders) из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли изучали память мышей различных линий проекта «Collaborative Cross». Генетическое разнообразие этих животных значительно выше, чем обычных лабораторных линий, — это позволяет находить новые гены, которые связаны с различными процессами в организме.
535 мышей 29 линий обучали пассивному избеганию: в одном из двух отсеков экспериментальной камеры животных били током, а через три дня проверяли, какое отделение они будут предпочитать. Чем лучше память мышей о событии, тем больше времени проходило до того, как мыши заходили в отсек, где их били током.
Память мышей существенно варьировала между линиями, и ученые выделили 222 гена, различия в которых коррелировали с памятью. Про треть этих генов уже известно, что они связаны с памятью; экспрессию еще 65 обнаружили в мозге. Значит, нашли 65 новых генов, которые могут участвовать в процессах памяти.
Затем исследователи отсеквенировали рибосомальную РНК кишечных бактерий мышей, у которых протестировали память. Численность бактерий четырех семейств (Lactobacillaceae, Deferribacteraceae, Bacteroidaceae и Clostridiaceae) коррелировала с высокими показателями пассивного избегания (p < 0,05). Дальнейшие исследования проводили с лактобациллами, поскольку их связь с памятью обнаружили и в предыдущих исследованиях на мышах, крысах и людях.
Мышам в корм добавляли бактерии видов Lactobacillus reuteri, L. plantarum и L. brevis, а затем проводили тесты на память. Чтобы понять, какие вещества бактерий влияют на когнитивные способности животных, провели анализ метаболома их фекалий, плазмы крови и мозга. Также оценили количество ГАМК в этих же анализах и долю клеток гиппокампа, которые экспрессируют этот медиатор. Гиппокамп — зона мозга, необходимая для формирования кратковременной памяти, а ГАМК — основной его медиатор.
Память мышей, которым привили лактобациллы, была лучше, чем у контрольных животных (p = 0,00021). Концентрация всего одного вещества — лактата — была повышена в кишечнике, плазме крови и мозге животных с лактобациллами. Содержание ГАМК в анализах не было увеличено, кроме гиппокампа мышей с L. plantarum. А доля клеток гиппокампа, которые экспрессируют этот медиатор, была значительно повышена у мышей, которым прививали все три вида лактобацилл.
Лактат добавляли в питьевую воду мышей линии, которая плохо показала себя в первичных тестах на память. Через пять недель время захода в «опасный отсек» при пассивном избегании у этих животных увеличилось с 92 секунд до 210 (p = 0,01). Процент ГАМК-положительных клеток гиппокампа у этих мышей был также выше, чем у контрольных (p = 0,042).
Возможно, лактобациллы в качестве пробиотиков окажутся полезными для терапии нарушений памяти у человека. Однако перед тем, как применять метод на людях, необходимо провести ряд дополнительных исследований
Микробиом влияет на поведение не только мышей. Отсутствие микроорганизмов в кишечнике дрозофил делает их гиперактивными, а наличие некоторых бактерий связано с качеством жизни и склонностью к депрессии у человека.
Автор: Алиса Бахарева