Исследователи из Университета Нью-Мексико обнаружили наличие бактерий в здоровом мозге рыб. Понимание этой связи между бактериями и мозгом животных может иметь будущие последствия для изучения болезни Альцгеймера.
Профессор UNM Ирен Салинас долгое время изучала иммунные системы слизистой оболочки у позвоночных животных. Ее лаборатория, которая в основном работает с радужной форелью, исследует взаимодействие между иммунной и нервной системами, область, называемую нейроиммунологией. Она фокусируется на взаимодействии хозяина и микробиоты, другими словами, на том, как микробы, живущие в симбиозе с животными, модулируют нервные и иммунные функции.
В течение нескольких лет команда Салинас пристально изучала нейроиммунные взаимодействия в обонятельно-мозговой оси. В 2019 году к команде Салинас присоединился Амир Мани. Вскоре они начали задаваться вопросом о бактериальном воздействии на мозг и о том, могут ли бактерии из носа попасть в мозг. Используя предыдущие исследования в качестве руководства, они быстро поняли, что у здоровой рыбы в крови и других внутренних органах есть бактерии.
Идея внутренних микробиомов является спорной, поскольку считается, что у людей бактерии попадают в наши тела только тогда, когда мы больны. Однако команда посчитала, что рыбы могут отличаться тем, что они могут позволять бактериям попадать в их тела, не вызывая заболеваний. Это подтолкнуло к гипотезе, что у рыб также могут быть бактерии в мозгу, даже когда они совершенно здоровы.
«Наша первоначальная гипотеза заключалась в том, что мы можем обнаружить некоторые бактерии в части мозга, называемой обонятельной луковицей, которая является той частью мозга, которая связана с носом», — сказала Салинас. «Однако мы не ожидали увидеть бактерии в других частях мозга. Фактически, обонятельная луковица была областью, где бактериальная нагрузка была самой низкой в мозге.
Их исследование, недавно опубликованное в журнале Science Advances, подробно описывает живое бактериальное сообщество в мозге здоровых лососевых.
Бактерии мозга у здоровых лососевых присутствуют в плотности, схожей с плотностью селезенки, и, как и ожидалось, гораздо ниже в кишечнике. Так откуда же берут начало сообщества бактерий мозга?
С помощью вычислительного анализа команда определила, что более 50% разнообразия в мозге можно отнести к бактериальным сообществам кишечника и крови. Поскольку кровь постоянно циркулирует через мозг, неудивительно, что бактерии используют кровь в качестве носителя, чтобы достичь мозга рыбы.
В исследовании авторам удалось визуализировать бактерии с помощью флуоресцентной микроскопии. Интересно, что некоторые из них были замечены пересекающими гематоэнцефалический барьер. Это подтвердило прогнозы о том, что кровь, вероятно, является очень важным каналом для достижения бактериями мозга. Это также предполагает, что бактерии мозга могут регулярно пополняться из источников крови с постоянной скоростью.
Хотя первоначальные эксперименты обнаружили бактериальную ДНК в мозге форели, было критически важно показать, что эти бактерии живы. Используя культуромику, которая направлена на проверку как можно большего количества условий роста, Мани получил более 50 идентичных бактериальных изолятов из здорового мозга форели в рамках исследования.
Этот бактериальный биобанк, хранящийся в морозильной камере в лаборатории Салинас, представляет собой бесценный ресурс для любого исследователя, желающего глубже изучить функции этих изолятов.
«Мы приложили много усилий для оптимизации этого для работы с кровью и тканями с низким содержанием микробов, чтобы исследовать это открытие», — сказал Мани. «Мы потратили почти два года на оптимизацию методов, используемых в исследовании. Мы надеемся, что эта работа, таким образом, поможет всей области в будущих исследованиях, основанных на нашей основе».
Чтобы подтвердить свои выводы по лабораторной радужной форели, команда Салинаса попыталась взять образцы нескольких других видов лососевых из разных мест по всему миру, включая форель-ядозуб из Нью-Мексико, чавычу из Орегона в ее естественной среде обитания, атлантического лосося из Норвегии и радужную форель из Чешской Республики. Во всех случаях в мозге этих здоровых рыб были обнаружены бактерии, что подтвердило открытие команды.
Несмотря на обнадеживающие результаты исследований на лососевых, исследователи до сих пор не уверены, существуют ли микробиомы мозга в состоянии гомеостаза у других рыб, позвоночных или у людей.
«Многие другие пытались утверждать, что в мозге больного человека есть бактерии», — сказал Мани. «И это стало настоящей полемикой в области болезни Альцгеймера, поскольку было много статей, показывающих, что аутопсии мозга пациентов с болезнью Альцгеймера содержат определенные наборы бактерий».
Однако исследования с использованием аутопсий человеческого мозга очень трудно контролировать, и поэтому невозможно исключить загрязнения во время сбора образцов или из-за посмертных изменений. Исследователи приняли все меры предосторожности, чтобы убедиться, что бактерии, которые они извлекали из рыбьих мозгов, действительно находились в мозге, а не были артефактом загрязнения.
Это исследование имеет большое значение, поскольку оно показывает, что бактерии естественным образом присутствуют в мозге рыб, не причиняя вреда. Это открытие может помочь ученым лучше понять, как бактерии взаимодействуют с мозгом других животных, включая людей. Исследователи считают, что это может дать представление о таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера, при которой предыдущие исследования обнаружили бактерии в мозге людей, страдающих этим заболеванием.
«Я думаю, что существует множество областей применения для здоровья человека, но есть также много действительно интересных вопросов, которые мы можем задать о важности этой мозговой микробиоты для фундаментального поведения и физиологии рыб», — добавила Салинас.
