Kann Mikroben im Darm des Gehirns beeinflussen?

Lindsay Borthwick, Autor und Redakteur für The Kavli Foundation beigetragen , diesen Artikel zu Live - Science Expert Stimmen: Op-Ed & Insights.

Die Billionen von Mikroben, die den menschlichen Körper bewohnen, gemeinsam die microbiome genannt, werden schätzungsweise zwei bis sechs Pfund wiegen - bis zu zweimal das Gewicht des durchschnittlichen menschlichen Gehirns. Die meisten von ihnen leben im Darm und Darm, wo sie uns helfen, Nahrung zu verdauen, synthetisieren Vitamine und abzuwehren Infektion. Doch neuere Forschungen auf dem microbiome hat gezeigt, dass ihr Einfluss weit über den Darm erstreckt, einschließlich des Gehirns. In den letzten 10 Jahren haben Studien den Darm microbiome auf eine Reihe von komplexen Verhaltensweisen verbunden, wie Stimmung und Emotion, Appetit und Sättigung, und auch das Lernen und das Gedächtnis. Nicht nur scheint der Darm microbiome zu helfen, Gehirnfunktion aufrechtzuerhalten, aber es kann auch das Risiko von psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen beeinflussen, einschließlich Angst, Depression und Autismus.

Die große Frage ist, wie?

Vor kurzem brachte die Kavli Foundation zusammen drei Forscher an der Spitze dieser aufstrebenden Bereich der microbiome-Hirn-Verbindung zu diskutieren und ob wir Störungen des Gehirns durch den Darm zu behandeln.

Die Teilnehmer waren:

Tracy Bale, Professor für Neurowissenschaften an der University of Pennsylvania School of Veterinary Medicine und Perelman School of Medicine. Sie studiert die Auswirkungen der frühen pränatalen Stress auf die fetale Entwicklung des Gehirns und hat gezeigt, dass dies zum Teil durch die microbiome vermittelt wird.

Christopher Lowry, ist Associate Professor in der Abteilung für Integrative Physiologie und Zentrum für Neurowissenschaften an der University of Colorado in Boulder und Leiter des Behavioral Neuroendokrinologie Laboratory. Lowry ist die Entwicklung neuer Strategien zur Vorbeugung und Behandlung von Angst und Depression, einschließlich der Verwendung von nützlichen Mikroben, die im Darm leben.

Sarkis Mazmanian, ist Professor für Mikrobiologie an der California Institute of Technology und 2012 MacArthur Fellow. Ein Mikrobiologin und Immunologe durch Ausbildung, Mazmanian Studien, wie das Gehirn, das Immunsystem und die microbiome in Gesundheit und Krankheit in Wechselwirkung treten, einschließlich ihrer Auswirkungen auf Autismus-Spektrum-Störung.

Am 15. Januar 2015 um 3:00 Uhr ET, kommen Sie mit den Kavli - Stiftung für ein Live - Webcast mit Christopher Lowry und Sarkis Mazmanian , in dem sie neue Erkenntnisse über den Darm-microbiome-Hirn - Verbindung zu diskutieren und Ihre Fragen beantworten. Geben Sie Ihre Fragen per E-Mail jederzeit zu [email protected]~~V oder via Twitter den Hashtag #KavliLive verwenden.

Im Folgenden ist eine editierte Abschrift einer Diskussion am runden Tisch statt per Telefonkonferenz in Dezember 2014 nahmen die Teilnehmer die Möglichkeit, zu ändern oder zu bearbeiten, um ihre Bemerkungen zur Verfügung gestellt wurden.

Die Kavli - Stiftung: Die Idee , dass die Mikroben in unserem Darm haben auf das Gehirn wirken leben , ist relativ neu. Was setzen Sie auf dem Weg , diese Beziehung zu studieren? Und wie hat sich Ihr Denken seither entwickelt?

Sarkis Mazmanian: Seit mehr als einem Jahrzehnt, mein Labor wurde die Untersuchung der Interaktion zwischen Mikroben und das Immunsystem. Ich habe diesen Weg in den letzten fünf Jahren, weil durch Gespräche mit Neurowissenschaftler hier am Caltech, erkannte ich, es gibt viele Parallelen zwischen den Immun- und Nervensystem. Zum Beispiel produzieren Immunzellen und Neuronen und erfassen viele der gleichen Chemikalien. Da Mikroben, wie eine tiefe Wirkung auf das Immunsystem wurden, fragte ich mich, ob sie eine Wirkung auf das Gehirn hatten, auch. Ich dachte, dass wir würden feststellen, dass Mikroben mit dem Gehirn über das Immunsystem in Wechselwirkung treten. Aber die Daten, die wir bisher generiert haben gezeigt, dass Mikroben mit dem Gehirn interagieren, indem Moleküle, die Schlagverhalten ohne Änderung des Immunsystems produziert. Obwohl wir eine Immun Link nicht ausgeschlossen haben, haben wir Mechanismen entdeckt, durch die mikrobielle Moleküle mit dem Nervensystem direkt in Wechselwirkung treten können.

Christopher Lowry: Mein Labor studiert hat Interaktionen zwischen Bakterien, das Nervensystem und das emotionale Verhalten für etwa 15 Jahre. Wir haben festgestellt, zum Beispiel, dass zu einem inaktivierten Bodenbakterium exponierten Mäusen Mycobacterium vaccae genannt Produktion des Neurotransmitters Serotonin im Gehirn erhöhen, die Antidepressiva-ähnliche Wirkungen hat.

Der Wendepunkt für das Betrachten gut-microbiome-Hirn-Interaktionen in meinem Labor kam wirklich mit unserer ersten Zusammenarbeit mit Rob Knight, der die amerikanische Gut Projekt führt hier bei CU-Boulder. Gemeinsam haben wir Wege zur Modulation des Immunsystems untersucht worden, stressbedingte psychiatrische Störungen, wie Angst und affektive Störungen zu verhindern. Obwohl diese Arbeit noch im Gange ist, dann ist es klar, dass die Mikrobiota eine wichtige Rolle spielt, chronische Angst in Stress-induzierten, zumindest in Tiermodellen. [5 Wege Gut Bakterien sind für mehr als nur Ihre Gut Good]

Tracy Bale: Mein Labor arbeitet über die Auswirkungen von Stress während der Schwangerschaft auf das sich entwickelnde Gehirn ein Mausmodell der frühen mütterlichen Stress verwenden. Es gab eine Radiolab Folge auf NPR , die ein Gespräch im Labor über die vaginale microbiome provoziert, die die Hauptquelle der Bakterien ist , die zuerst ein neugeborenes Baby Darm besiedeln. Wir begannen über die Umweltfaktoren zu denken, wie Stress, dass die vaginale microbiome ändern könnte und sich fragen, ob das einen Einfluss auf unser Modell der Entwicklung des Gehirns haben. Es blühte von dort, weil die Beziehung zwischen einem Darm microbiome des Neugeborenen und seine oder vaginale microbiome ihrer Mutter ist fast eins-zu-eins mit einem Neugeborenen microbiome als direkte Reaktion auf seine Mutter zu verändern. Wir fragten uns, wie funktioniert diese Interaktion verändern die Art und Weise eines Babys Gehirn in unserem Mausmodell der frühen pränatalen Stress entwickelt? [Die Wahrheit darüber, wie Mom Stress beeinflusst Babys Gehirn]

Es stellt sich heraus , dass Stress die Ebenen von Lactobacillus, ein Darm lebende Milchsäure produzierenden Bakterien verändert , dass das Gehirn die Chemie betrifft, sowohl bei Müttern und deren Nachkommen.

TKF: Was sind die großen Fragen über den Darm-microbiome-Hirn - Verbindung , die Forscher jetzt zu beantworten versuchen?

TB: Nun , da wir die microbiome Änderungen als Reaktion auf Stress wissen, ich denke , das Feld die Prozesse zu verstehen versucht , durch die der Darm microbiome das Gehirn verändert.

CL: Ich bin völlig einverstanden. Die große Frage ist gerade jetzt, wie die microbiome seine Auswirkungen auf das Gehirn ausübt. Einige Fragen wir alle noch zu antworten versuchen, umfassen die Zusammensetzung der Darmflora, die Auswirkungen auf die Durchlässigkeit der Auskleidung des Gastrointestinaltraktes, ihre Auswirkungen auf Ganzkörper- Entzündung und seine Auswirkungen auf die neuronalen Signalübertragung aus dem Darm zu der Gehirn.

SM: Eine weitere große Frage ist , ob wir Gehirnstörungen behandeln können, wie Autismus, durch Therapien , die auf dem Bauch zielen. Eines der Hindernisse für Erkrankungen psychiatrische und neurologische Behandlung ist, dass wir nicht verstehen oft die zugrunde liegenden Krankheitsmechanismen; nicht nur mit anderen Worten, was diese Ziele sind in den Körper zu zielen, sondern wo. Wenn die therapeutische Ziele im Gehirn sind, dann wird es besonders schwierig, weil der Blut-Hirn-Schranke, ein Netzwerk von Blutgefäßen, die das Gehirn vor schädlichen Substanzen schützt. Aber wenn eine neurologische Erkrankung stammt eigentlich im Darm, die wir ist der Fall für einige Menschen mit Autismus glauben, dann Therapeutika liefern ist viel einfacher. In meinem Labor haben wir in der Lage gewesen, einige der Symptome, die mit Autismus, wie repetitive Verhaltensweisen, bei Mäusen assoziiert zu verändern, indem sie bestimmte Bakterienarten ernähren. Diese Bakterien modulieren Moleküle im Darm und im Blut, die das Nervensystem beeinflussen.

TKF: Das führt mich zu meiner nächsten Frage. Sarkis, wie denken Sie , die Mikroben im Darm mit dem Gehirn kommunizieren und das Fahrverhalten? Haben Sie Ihre Experimente irgendwelche Hinweise angeboten Mäuse mit Autismus-ähnliche Symptome mit?

SM: Es gibt mindestens drei Arten gut Mikroben mit dem Gehirn kommunizieren: die erste ist , direkt durch den Vagusnerv, die das Netzwerk von Nerven im Darm zum Gehirn verbindet; die zweite ist durch Immunzellen zirkuliert, die grundiert sind, oder erzogen, im Darm und dann ins Gehirn; und die dritte kann Metaboliten, Moleküle, die durch Mikroben im Darm produziert werden, die das Blut eindringen und zirkulieren in Regionen des Gehirns, wo sie das Verhalten beeinflussen. Wir haben gezeigt, beispielsweise, daß ein Metabolit von Darmbakterien produziert ausreichend ist, Verhaltensstörungen mit Autismus und mit Angst verbunden, um zu bewirken, wenn es in ansonsten gesunden Mäusen injiziert wird. Dies deutet darauf hin, dass mikrobielle Moleküle können den Darm an das Gehirn über das Kreislaufsystem zu verbinden. [Rise Autismus: Forscher Blick auf, warum Fälle steigen]

TB: Sarkis bedeckt das meiste, was über Menschen , die derzeit zu verstehen , was im Darm passiert. Aber bedenken Sie, dass es ein Entwicklungsfenster, das auch wichtig ist. Wir haben in unserem Mausmodell der frühen mütterlichen Stress, zum Beispiel, dass kurzfristige Änderungen an der microbiome während einer kritischen Phase der Entwicklung kann in Veränderungen im Gehirn führen, gezeigt.

TKF: Hat jemand tatsächlich Veränderungen im menschlichen Gehirn zurück zum microbiome verfolgt?

SM: Emeran Mayer und seine Kollegen an der University of California, Los Angeles, verwendet der funktionellen Magnetresonanztomographie oder fMRI, um die Auswirkungen von bestimmten Mikroorganismen auf die Gehirnaktivität zu suchen. Er zeigte, dass die Behandlung von gesunden Menschen mit fermentierten Milchprodukten enthält Probiotika, oder gesunden Bakterien, veränderte Hirnaktivität in Regionen Emotion verbunden.

TB: entwicklungs, das ist eine schwierigere Frage, weil Sie keine Experimente bei Neugeborenen kontrolliert tun können. Aber es gibt viele Studien laufen in Europa und in Kanada, wo Forscher vaginalen Spülungen zu den Neugeborenen geliefert durch Kaiserschnitt geben, um sicherzustellen, dass sie ihre Mutter eine schöne Dosis von microbiome bekommen.

TKF: Tracy, haben Sie über die enge Verbindung zwischen einer Mutter vaginal microbiome gesprochen, die ein Baby begegnet , wie es durch den Geburtskanal passiert, und ihr neugeborenes Baby. Können Sie hilft, wie diese natürliche Form der Impfung legen den Grundstein für die Entwicklung des Gehirns erweitern?

TB: Es sind wichtige Entwicklungs Fenster , wenn das Gehirn anfälliger, da sie selbst ist die Einrichtung in der Welt um sie herum zu reagieren. Zur gleichen Zeit, wie Sarkis wies darauf hin, ist der Darm microbiome helfen, das Baby das Immunsystem vorzubereiten. wenn Mutter mikrobielle Ökosystem ändert also - aufgrund einer Infektion, Stress oder Ernährung, zum Beispiel - ihr neugeborenes Darm microbiome wird zu verändern, und das kann ein Leben lang wirken. Es könnte verändern, wie der Darm, und das Immunsystem im Darm, entwickelt und wie das Gehirn entwickelt.

Was interessant ist, aus unseren Experimenten über die Auswirkungen der Exposition gegenüber frühen mütterlichen Stress bei Mäusen, ist, dass, wenn Sie bei diesen Babys im Erwachsenenalter aussehen, können ihre microbiome vollständig normalisiert werden, aber wenn man sie dann betonen oder sie eine Immun Herausforderung geben, Sie siehe große Unterschiede wieder in der Art und Weise ihren Körper reagieren. So auch eine akute Exposition bei pränataler Stress scheint zu verändern, wie ein Organismus auf Veränderungen in seiner Umwelt auf lange Sicht reagiert.

TKF: Ich finde , dass ein wenig beängstigend. Schwangere Frauen haben schon so viel zu befürchten.

SM: Ich kann diese Reaktion verstehen. Gerade das Konzept, die Mikroben profunde Auswirkungen auf das Gehirn haben kann, kann schwierig sein, für viele Menschen zu glauben. Aber ich neige dazu zu denken, dass diese Effekte durch das Verständnis, man etwas über die Epidemien von Angst, Autismus und Aufmerksamkeitsdefizit und Hyperaktivitätsstörung zu tun, die auch als ADHS bekannt, dass wir in der heutigen Gesellschaft sind zu sehen. Wir lernen, dass die Gesellschaft die Dinge tun kann, die nicht im besten Interesse eines Gesundheit des Kindes sind und durch diese Dinge verstehen wir Praktiken ändern können und zu verhindern, für einen Mangel an einem besseren Begriff, Fehler in kritischen Zeiten der Entwicklung. Also meine Meinung ist, ein wenig positiver.

TB: Ich bin damit einverstanden. Ich denke, dass es ein Bewusstsein mehr als ein Angstfaktor ist.

TKF: Christopher, Sie haben vorgeschlagen , dass ein Mangel an Engagement in den vielen Bakterien wir mit entwickelt kann unsere Krankheiten beitragen, einschließlich psychiatrischer Störungen wie Depressionen und Angstzuständen. Wenn das der Fall ist, können wir für die Vergangenheit machen?

CL: Es gibt bestimmte psychiatrische Erkrankungen wie posttraumatische Belastungsstörung oder PTSD und Depression , die mit einer erhöhten Entzündung assoziiert zu sein scheinen, rampen-up Immunantwort im Körper und im Gehirn. So Mikroben, die das Immunsystem und Entzündung begrenzen modulieren können, können einen gewissen Nutzen haben, entweder durch die Symptome von bestimmten Arten von psychiatrischen Störungen zu lindern, oder im günstigsten Fall verhindert sie. Also ja, ich denke, nehmen oder auf diese Arten von Bakterien im Erwachsenenalter ausgesetzt werden, kann von Vorteil sein, wenn auch deutlich ihre wichtigsten Einflüsse bei der Entwicklung sind, wie Tracy und Sarkis haben darauf hingewiesen. [Bauchgefühl? Probiotika können Angst und Depression Ease]

TKF: testen Sie Probiotika für Stress oder Depressionen?

CL: Unsere aktuellen Studien verwenden Hitze abgetötete Bakterien eher als Probiotika, die die Weltgesundheitsorganisation als lebende Mikroorganismen definiert , die einen Nutzen für die Gesundheit an den Host verleihen , wenn sie in ausreichenden Mengen verabreicht. Wir haben eine Reihe von Studien, die wir immer bereit, zu veröffentlichen, die zeigen, dass bestimmte Arten von Hitze abgetöteten Mikroben Syndrome verhindern können, dass Sie nach einer chronischen Stress erwarten. Wir hoffen, dass ähnliche Studien durchzuführen Probiotika bei Tieren und Menschen verwendet wird.

TKF: Haben Sie verändert Ihr Verhalten als Ergebnis Ihrer Forschung in die Verbindung zwischen dem microbiome und einen gesunden Körper und Gehirn?

CL: Ich habe mir sicherlich verändert. Ich esse mehr frisches Gemüse, und wir haben einen kleinen Garten in unserem Haus. Es ist immer klar aus dem amerikanischen Gut Projekt, das eine wichtige Quelle für gut mikrobielle Vielfalt ist die Anzahl der verschiedenen Pflanzen, die wir essen. Frische Gemüse sind eine bedeutende Quelle für Bakterien. Zum Beispiel werden die Blätter einer Spinatpflanze geschätzt, dass mehr als 800 verschiedene Arten von Mikroben zu beherbergen. Dies sind Mikroben, die Sie nicht aus der Anlage sterilisieren können, weil sie tatsächlich innerhalb von ihm sind. Und so Zugang zu dieser Art von mikrobiellen Vielfalt durch die Dinge, die wir essen, ist wahrscheinlich sehr wichtig. Ich habe auch Sand von Stränden zu meinen Kindern Sandbox hinzugefügt, lasse ich meine Kinder in den Seen schwimmen, und wir nehmen Probiotika.

SM: Wie wir alle wissen, es ist immer noch ganz am Anfang in Bezug auf die versuchen , die Auswirkungen der microbiome, auch für chronisch entzündliche Darmerkrankungen oder Übergewicht zu verstehen, die viel mehr als jede neurologische Erkrankung untersucht worden sind. Davon abgesehen, als Chris erwähnt, Ernährung ist ein wichtiger Motor für microbiome Konfiguration und so denke ich, dass es genug Grund zu der Annahme, dass bestimmte Lebensmittel "besser" für die microbiome als andere: eine ballaststoffreiche Ernährung mit viel Obst essen und Gemüse, resistente Stärken, wie sie aus Samen und Nüssen, und in der Regel eine Diät, die näher an dem einen ist, dass wir auch Lebensmittel zu essen, entwickelt, die vor Restaurants Landwirtschaft und schnell verfügbar waren Essen kam. Also, was ich getan habe, ist nichts wirklich dramatisch.

TB: Als Eltern, würde ich auch sagen , dass ich viel mehr Zeit , sich Gedanken verbracht haben , bevor so dass mein Kind Antibiotika nehmen. Es gibt keine ihre Nützlichkeit und Wirksamkeit streitig, aber wir sollten nicht nur Antibiotika werfen bei jeder Krankheit.

TKF: Sarkis, Sie haben die jüngsten Entdeckungen "Vorboten des umfangreichen, derzeit noch unbeschriebene, Verbindungen zwischen Darmbakterien und das Nervensystem" genannt . Können Sie spekulieren auf welche anderen Verbindungen zwischen den Darm microbiome und Gehirn könnten entstehen? Wollen wir fest, dass die microbiome auch eine Rolle bei der Wahrnehmung oder neurodegenerativen Erkrankungen spielt, zum Beispiel?

SM: Es ist bereits , dass Erkenntnis in keimfreien Mäusen gezeigt worden , im Vergleich zu normalen Mäusen reduziert. Während hat die microbiome noch nicht in der Neurodegeneration in Verbindung gebracht, es gibt eine Menge Spekulationen über dieses Thema, weil es Daten, die zeigen, dass eine mediterrane Ernährung gegen Alzheimer schützt, einer neurodegenerativen Erkrankung. Und weil wir wissen, Ernährung hilft, die microbiome Form, kann man sich vorstellen, dass eine mediterrane Ernährung könnte die microbiome in einer Weise beeinflussen, die gegen Neurodegeneration schützt. Wir haben ein Programm im Labor, die sehr ist, sehr früh an Alzheimer und Parkinson-Krankheiten in Maus-Modellen suchen, aber es gibt nichts solide noch zu berichten.

Es gibt andere Gründe, dass anekdotische Neurodegeneration zu glauben, eine gewisse Verbindung zum microbiome haben kann, oder umgekehrt, weil die drei wichtigsten neurodegenerativen Erkrankungen - Alzheimer, Parkinson und Amyotrophe Lateralsklerose oder ALS - alle mit einem GI-Komponente zu ihnen haben. In der Tat sind viele Patienten, die letztlich diagnostiziert werden mit Parkinson bekannt Jahrzehnten GI Störungen gehabt haben, bevor sie die motorischen Symptome entwickeln. Und eine kürzlich durchgeführte Studie zeigte, dass Patienten mit Parkinson-Krankheit haben unterschiedliche microbiomes als Kontrollpersonen. Während dies eine spannende Erkenntnis ist, muss diese Art von Studie mit Vorsicht interpretiert werden, da es ein Verein ist und keinen ursächlichen Zusammenhang nachzuweisen. So gibt es Blitzlampen in der Dunkelheit geht aus, was darauf hindeutet, dass sehr komplexe neurodegenerative Erkrankungen mit dem microbiome verbunden sein können. Aber wieder einmal ist dies sehr spekulativ. Diese bahnbrechenden Erkenntnisse, die Blitzlampen, beginnen wir gerade erst unsere Vision von der gut-microbiome-Hirn-Verbindung zu beleuchten.

TKF: Neben mehr Geld, was helfen Fortschritte auf dem Gebiet beschleunigen würde?

CL: Es gibt rechtliche Fragen im Zusammenhang mit lebenden oder toten Bakterien , die für die Behandlung von psychiatrischen und neurologischen Erkrankungen zu geben, und das sind wichtige Themen, die behandelt werden müssen.

TB: Ein weiterer Grund ist , dass nicht alle Neurowissenschaftler diese Idee zu Eigen gemacht haben. Es wird auf jeden Fall besser: Ich sprach gerade auf der American College of Neuropsychopharmacology Sitzung; es ist ziemlich überraschend, dass sie in diesem Jahr eine Sitzung auf microbiome hatte. Aber ich kann Ihnen sagen, dass es immer noch eine große Zahl von Menschen, vor allem in der Psychiatrie, die nicht glauben, dies real ist. Und ich denke, dass eine Hürde ist.

SM: Ich habe eine ähnliche Geschichte. Wir hatten eine Sitzung auf dem microbiome auf der Jahrestagung der Society for Neuroscience in diesem Jahr, aber es war unser drittes Jahr einreichen. Ich denke, das ist ein Zeichen, eine grundlegende Veränderung in dem Gebiet stattfindet, ist. Mit diesem wird gesagt, wenn Sie die meisten Neurowissenschaftler sprechen, haben sie eine harte Zeit, jede Glaubwürdigkeit in der Verbindung zwischen dem microbiome und Neurobiologie zu finden. Es ist immer noch ein sehr, sehr neues Konzept mit viel mehr experimentelle Validierung notwendig, und ehrlich gesagt habe ich kein Problem damit.

TB: Ich bin damit einverstanden. Ich denke, das Feld nun an dem Punkt ist, wo wir die Gültigkeit unserer Modelle hergestellt haben und beginnen, zu zeigen, wie die microbiome das Gehirn auswirkt. Das heißt, wenn die große Veränderung in der Haltung passieren wird. Aber es wird einige harte Kern Studien über die Mechanismen, die zu verlangen.

SM: Ich denke , die Skepsis ist gesund. Es hält uns ehrlich und stellt sicher, dass die Wissenschaft streng bleibt. Zur gleichen Zeit, ich habe durch die Tatsache überrascht und erfreut gewesen, dass unsere Arbeit nicht sehr weit verbreitet Ablehnung durch die Neurowissenschaften Gemeinschaft erhalten hat. Es ist sicherlich nicht eine breite Akzeptanz entweder erhalten, aber wenn ich meine Forschung mit Kartenführenden Neurowissenschaftler diskutieren scheinen sie ganz offen für die Möglichkeit zu sein. Es ist nicht, dass sie es nicht glauben, aber sie sind fasziniert mehr zu sehen.

TB: Richtig. Die fäkale Transplantation Witze nachgelassen haben!

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