В эксперименте, который проводился на мышах, исследователи обнаружили, что кишечные микробы могут усугублять последствия когнитивных нарушений из-за того, как они влияют на гиппокамп, область мозга, которая имеет решающее значение для памяти и обучения. Они обнаружили, что концентрация одной группы бактерий под названием Bilophila резко увеличилась в микробиоте кишечника мышей, которых кормили кетогенной диетой – с высоким содержанием жиров и низким содержанием углеводов – и которые периодически лишались кислорода, создавая состояние, называемое гипоксия.
Ученые также обнаружили, что кетогенная диета, гипоксия и лечение разновидностью Bilophila, называемой Bilophila wadsworthia, нарушают гиппокамп, что приводит к снижению когнитивных способностей у мышей.
Исследование опубликовано в рецензируемом журнале Cell Host & Microbe.
Исследователи дали нескольким мышам кетогенную диету, а другим – стандартную диету. Затем все мыши получали пониженный уровень кислорода в течение пяти дней подряд, а затем им давали четыре дня на восстановление.
Лишение животных некоторого количества кислорода было для ученых способом вызвать когнитивные нарушения, чтобы имитировать когнитивные нарушения у людей, которые могут быть вызваны неврологическими заболеваниями или старением.
Затем ученые наблюдали за их способностью перемещаться по лабиринту. Пытаясь выбраться из лабиринта, мыши на кетогенной диете совершали в среднем на 30% больше ошибок, чем мыши, соблюдающие стандартную диету. (Разница между двумя группами составляла от 25% до 75%.)
Исследователи также оценили, могут ли разные диеты сами по себе вызывать какие-либо изменения когнитивного поведения у мышей, которые не были лишены кислорода. В этом эксперименте не было заметной разницы в способности мышей найти выход из лабиринта в зависимости от того, придерживались ли они кетогенной диеты или стандартной диеты, что указывает на то, что отрицательное влияние на когнитивные способности происходило только в сочетании с кислородным голоданием.
«Эти результаты подчеркивают способность различных факторов окружающей среды взаимодействовать друг с другом и влиять на когнитивное поведение мышей», – сказала ведущий автор Кристин Олсон, аспирантка Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.
Затем исследователи изучили, что произойдет, если они истощат микробиоту мышей до введения кетогенной диеты и воздействия на них гипоксии.
Интересно, что мыши, у которых была истощена микробиота, сначала совершали значительно меньше ошибок в лабиринте, чем мыши, которые подвергались гипоксии и получали кетогенную диету, но не претерпели сначала изменений в своей микробиоте.
«Это говорит о том, что микробы, связанные с кетогенной диетой и гипоксией, могут способствовать пагубному влиянию на когнитивные нарушения», – сказал Олсон.
Авторы определили, что Bilophila wadsworthia изменяет то, какие гены включаются или выключаются в гиппокампе, и что бактерия снижает нормальную клеточную передачу сигналов в гиппокампе.
«Bilophila wadsworthia нарушила активность гиппокампа и когнитивное поведение аналогично тому, как это сделали вместе гипоксия и кетогенная диета», – сказал Олсон.
Она добавила, что, учитывая важную роль гиппокампа в обучении и памяти, изменения предлагают ключи к разгадке того, как Bilophila влияет на когнитивное поведение.
Ученые только сейчас открывают виды микробов, которые могут влиять на изменения в поведении мышей и других животных, сказал Сяо. Она добавила, что будет важно более конкретно изучить, как виды микробов могут влиять на мозг – например, через клеточные изменения, которые происходят в ответ на микробы.
Когнитивные нарушения поражают миллионы людей старше 65 лет и связаны с широким спектром хронических метаболических, иммунологических и нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Альцгеймера. Элейн Сяо, профессор биологических наук Де Логи Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и доцент кафедры заболеваний пищеварительной системы Медицинской школы Дэвида Геффена в Калифорнийском университете, заявила, что новое исследование может стать важным шагом на пути к изучению того, какие микробы влияют на когнитивные способности или ухудшают их.
«Выявление факторов риска на раннем этапе имеет решающее значение для раннего выявления когнитивных нарушений и принятия соответствующих мер», – сказал Сяо, старший автор статьи.
Сяо добавил, что необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, могут ли другие кишечные микробы, помимо Bilophila, также влиять на когнитивные способности, и может ли микробиота влиять на снижение когнитивных функций у людей.
Соавторами исследования являются бывший аспирант UCLA Алонсо Инигес, студентка UCLA Грейс Ян, докторант UCLA Пинг Фанг, докторанты UCLA Джефф Проновост и Келли Джеймсон, научные сотрудники UCLA Томико Рендон и Хорхе Парамо, профессор Калифорнийского технологического института Рустем Исмагилов. студент Джейкоб Барлоу.
Исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения, Исследовательским офисом армии США.S. Министерство обороны, Нью-Йоркский фонд стволовых клеток и Инициатива Чана Цукерберга.