Группа американских исследователей обнаружила молекулу, вырабатываемую бактериями кишечного микробиома (в том числе человека) и способную проникать в головной мозг, вызывая гибель нейронов и других его клеток. Эффект особенно заметен с возрастом, когда количество этих бактерий заметно увеличивается, что может приводить к снижению когнитивных функций, таких как обучаемость и память.
Микрофотография клеток микроглии, покрашенных в зеленый, и тел нейронов, покрашенных в красный / © Chen Zh. et al., Nature Communications, 2014
Кишечный микробиом представляет собой совокупность всех микроорганизмов, населяющих желудочно-кишечный тракт и живущих в основном на взаимовыгодных отношениях с организмом-хозяином. Так, например, кишечные бактерии помогают нам переваривать и усваивать различные вещества (ту же клетчатку) и играют важную роль в синтезе витаминов группы B и К. В процессе жизнедеятельности микробиом высвобождает множество молекул, часть из которых может приносить в том числе вред организму хозяина.
В этом убедились авторы нового исследования, опубликованного в журнале Cell Host & Microbe. Они изучали семейство бактерий Ruminococcaceae, населяющих кишечник мышей (но встречающихся и у человека), и выделяемую ими небольшую молекулу — изоамиламин (ИАА). Ученые установили, что чем старше становилась мышь, тем больше в ее кишечном микробиоме было этих бактерий, и, как следствие, возрастало содержание ИАА.
Молекула ИАА заинтересовала исследователей еще больше, когда выяснилось, что она способна преодолевать гематоэнцефалический барьер — защитную систему, обычно предотвращающую попадание любых нежелательных молекул и микроорганизмов из кровотока в мозг. Далее ученые определили роль молекулы ИАА в мозге.
Оказалось, она воздействует на микроглию — вспомогательные клетки центральной нервной системы, участвующие в формировании и поддержании контактов между нервными клетками, а также уничтожении различного рода «мусора», например поврежденных нейронов или других клеток мозга. ИАА активирует особый ген S100A8, который способствует чрезмерной активации микроглии (как при воспалительном процессе), что может приводить к гибели нейронов и других клеток мозга вследствие аутоиммунного процесса (атаки микроглией даже целых и здоровых клеток).
Чтобы выяснить последствия попадания ИАА в мозг, авторы работы перорально (через рот) вводили препарат, содержащий ИАА, молодым здоровым мышам и наблюдали за реакцией. В результате нескольких поведенческих и когнитивных тестов выяснилось, что воздействие ИАА привело к потере когнитивной функции: грызуны стали хуже обучаться ориентированию в лабиринте и распознаванию объектов. Обратный эффект наблюдался, когда ученые заблокировали действие ИАА на микроглию у пожилых мышей: это спровоцировало улучшение памяти и пространственного обучения.
Таким образом, исследователям удалось установить наличие и механизм действия молекулы, производимой кишечной бактерией, на клетки мозга и когнитивные функции на примере мышей. Тем не менее ученые признают, что потребуются дополнительные исследования, чтобы выяснить, применимы ли эти выводы по отношению к человеку и может ли блокирование действия ИАА предотвратить снижение когнитивных функций по мере старения людей либо в случае некоторых нейродегенеративных заболеваний.
