Серия экспериментов на мышах показала, что они становятся более агрессивными, когда их кишечный микробиом истощается. Кроме того, трансплантация кишечной микробиоты от человеческих младенцев, подвергшихся воздействию антибиотиков, привела к повышенной агрессии у мышей по сравнению с теми, кому трансплантировали микробиом от младенцев, не подвергшихся воздействию антибиотиков. Исследование было опубликовано в журнале Brain, Behavior, and Immunity.
За последнее десятилетие ученые открыли сложный коммуникационный путь, связывающий микробиоту кишечника — триллионы микроорганизмов, живущих в кишечнике человека — с мозгом. Этот путь называется осью микробиота-кишечник-мозг. Он регулирует различные физиологические функции, включая пищеварение и иммунитет, но также влияет на настроение и поведение. Микробиота кишечника вырабатывает нейротрансмиттеры и другие метаболиты, которые могут влиять на работу мозга через нейронные, иммунные и эндокринные пути.
Недавние исследования продемонстрировали, что симптомы различных расстройств, которые когда-то считались в первую очередь психологическими или неврологическими, могут передаваться грызунам путем трансплантации кишечной микробиоты от людей с этими расстройствами. Например, исследователи показали, что трансплантация кишечных микроорганизмов от людей с болезнью Альцгеймера мышам (чья кишечная микробиота была истощена для повышения эффективности трансплантации) приводила к когнитивным нарушениям у мышей. Аналогичным образом, симптомы тревожности были вызваны у мышей путем трансплантации кишечной микробиоты от людей с социальной тревожностью.
Автор исследования Атара Узан-Юлзари и ее коллеги хотели изучить связь между агрессией и составом микробиоты кишечника у мышей. Они также стремились исследовать роль антибиотиков в этой связи. Антибиотики, обычно используемые для лечения бактериальных инфекций, могут нарушать состав нормальной микробиоты кишечника, убивая бактерии, в том числе полезные.
Исследование проводилось на мышах Swiss Webster, генетически разнообразной линии лабораторных мышей. Мыши были разделены на несколько групп: мыши без микробов, мыши без специфических патогенов (которые служили контрольной группой с нормальной микробиотой), мыши, леченные антибиотиками (с нарушенной микробиотой из-за лечения антибиотиками), и мыши без микробов, которые позже были колонизированы нормальной микробиотой. Другая группа мышей без микробов была колонизирована микробиотой человеческих младенцев — либо тех, кого лечили антибиотиками, либо тех, кого не лечили.
Для гуманизированных мышей исследователи получили образцы кала у младенцев, которые подверглись воздействию антибиотиков вскоре после рождения, а также у младенцев, не подвергшихся воздействию. Эти образцы были трансплантированы пятинедельным стерильным мышам. Затем исследователи ждали четыре недели, прежде чем проверить мышей на агрессию.
Для измерения агрессии исследователи использовали тест резидент-нарушитель, хорошо зарекомендовавший себя поведенческий анализ, в котором самец мыши («резидент») знакомится с другим незнакомым самцом мыши («нарушителем») в его домашней клетке. Агрессия количественно оценивалась на основе задержки до первой атаки (насколько быстро резидентная мышь атаковала нарушителя) и общего количества атак в течение 10-минутного периода.
Результаты показали, что мыши, выращенные без кишечных бактерий (без микробов) и те, которых лечили антибиотиками, демонстрировали более высокий уровень агрессии по сравнению с контрольной группой. Эти мыши нападали чаще и быстрее начинали агрессивное поведение в тесте резидент-нарушитель.
Исследователи обнаружили, что гуманизированные мыши, которым пересадили фекальную микробиоту от младенцев, подвергшихся воздействию антибиотиков, были значительно более агрессивными, чем те, которым пересадили ее от младенцев, не подвергшихся воздействию антибиотиков. Несмотря на то, что микробиомы младенцев восстанавливались в течение месяца после воздействия антибиотиков, агрессивное поведение у мышей-реципиентов все еще было очевидным.
Биохимические анализы показали, что агрессивные мыши (как стерильные, так и леченные антибиотиками) имели различные профили метаболитов по сравнению с контрольными мышами. В частности, у этих мышей были повышены уровни триптофана — предшественника серотонина, нейромедиатора, связанного с настроением и поведением. Кроме того, у агрессивных мышей были снижены уровни некоторых метаболитов, связанных с микробной активностью, таких как индол-3-молочная кислота, что позволяет предположить, что отсутствие здорового микробиома может изменить ключевые биохимические пути, связанные с агрессией.
Аналогичные изменения наблюдались для нейротрансмиттера серотонина и его метаболита в мозге этих мышей. Когда авторы исследования использовали антибиотики для истощения микробиоты кишечника, это привело к повышению уровня триптофана и снижению уровня серотонина в мозге. Это нарушение метаболизма серотонина было связано с изменениями в активности специфических генов, связанных с агрессией в мозге, что указывает на то, что вызванные антибиотиками изменения микробиома могут влиять на молекулярные механизмы, лежащие в основе агрессивного поведения.
«Настоящее исследование дает представление о роли микробиома кишечника в регуляции агрессии в мышиной модели [мыши] и гуманизированных мышах [мыши, которым была трансплантирована человеческая микробиота кишечника], подтверждая участие оси микробиота-кишечник-мозг в регуляции социального поведения, а именно агрессии, что согласуется с предыдущими исследованиями. Однако наши результаты не только демонстрируют причинное влияние микробиома кишечника на агрессию посредством использования FMT [трансплантации фекальной микробиоты], но и раскрывают его влияние на множество факторов и путей, которые регулируют это поведение», — заключили авторы исследования.
Исследование проливает свет на роль микробиома кишечника в регуляции агрессии у мышей. Однако следует подчеркнуть, что это исследование проводилось на мышах, а не на людях. Хотя у мышей и людей много физиологических сходств, они все же являются очень разными видами. Из-за этого эффекты на людей могут быть не идентичными.
