חיידקים פרוביוטיים נמצאו מעצבים מחדש את התנהגות התאים במבחנה

במחקר מעבדה ראשונה מסוגה, מדענים מוכיחים כי חיידקים פרוביוטיים מעוררים שינויים מיידיים ומדידים בתפקוד תאי המוח, רומזים על תקשורת ישירה חדשה בין הבטן שלך למוח שלך

מחקר: ממשק נוירו -בקטריאלי חוץ -גופני מגלה אפנון ישיר של תפקוד עצבי על ידי חיידקי מעיים. קרדיט תמונה: topmicrobialstock/shutterstock.com

החוקרים פיתחו ממשק של חיידקי עצב המגלה כי קהילת חיידקי הבטן יכולה לקיים אינטראקציה ישירה עם נוירונים מוחיים ולשנות את פעילותם במבחנה. מחקר זה, שפורסם ב דוחות מדעייםמספק תובנות חדשות על מנגנונים אפשריים בתוך ציר המוח.

רֶקַע

ציר הבטן-מוח, רשת תקשורת דו כיוונית בין מיקרוביוטה של הבטן למערכת העצבים המרכזית, זכה לתשומת לב משמעותית בקהילה המדעית בגלל מעורבותה המשמעותית בתפקודים פיזיולוגיים תקינים ובפתוגנזה של מחלות.

שינויים בהרכב המיקרוביוטה של מעי ובפונקציונליות, המכונה דיסביוזה, נקשרו למספר מחלות נוירולוגיות, כולל מחלת אלצהיימר, הפרעות בספקטרום האוטיזם ודיכאון.

זה כבר מבוסס בספרות כי קהילות המיקרוביאליות של הבטן ומטבוליטים שלהן משפיעות ישירות על ציר המוח. עם זאת, מידע על תקשורת ישירה וחילופי מידע דו כיווניים בין חיידקים לנוירונים מוחיים אינו זמין באופן נרחב.

במחקר הנוכחי, החוקרים פיתחו מודל ממשק נוירו-בקטריאלי באמצעות החיידק הפרוביוטי הנישא במזון Lactiplantibacillus plantarum ותרבויות עצביות קליפת המוח חולדה כדי לחקור כיצד תאי עצב מגיבים לנוכחות החיידקית ברמות המורפולוגיות, התפקודיות והתמלוליות.

חשוב לציין כי המחקר נערך לחלוטין בַּמַבחֵנָה בעזרת נוירונים קליפת המוח העובר, שאינם נתקלים ישירות בחיידקי מעיים in vivoו השימוש בנוירונים אלה נועד לבדוק אם נוירונים של מערכת העצבים המרכזית יכולים להגיב למגע חיידקי, ולא לדגמן תרחיש מוח של מעיים אמיתיים.

ממצאי מפתח

הערכת האינטראקציה הגופנית בין החיידקים לתאי עצב העלתה כי החיידקים דבקים לפני השטח של תאי עצב מבלי להיכנס לציטופלזמה העצבית.

בנוגע לתגובה תפקודית של תאי עצב בעקבות חשיפה לחיידקים, המחקר מצא עלייה משמעותית באיתות הסידן כאשר תאי עצב נתקלים בחיידקים. איתות מוגבר זה היה תלוי בריכוזי החיידקים ובמטבוליזם פעיל.

תאי עצב שנחשפו לריכוז גבוה של חיידקים פעילים מטבולית הציגו את איתות הסידן הגבוה ביותר. באופן דומה, תאי עצב שנחשפו לחיידקים עם הרג חום (שלמות סלולרית תקינה אך ללא פעילות מטבולית) הראו את איתות הסידן השני הגבוה ביותר באותו ריכוז. עם זאת, תאי עצב שנחשפו לריכוז נמוך מאוד של חיידקים פעילים הראו איתות בעוצמה דומה לתאים שלא חשופים. תצפיות אלה מצביעות על כך שעומס חיידקים ומגע ממברנה למברנה חיוניים כדי לגרום לתגובה עצבית, והפעלה עצבית גדולה משמעותית כאשר תאי עצב מקיימים אינטראקציה עם חיידקים חיים ולא עם חיידקים לא פעילים מטבולי.

בנוגע לשינוי מתווך של חיידקים של פעילות עצבית, המחקר מצא שינויים משמעותיים בביטוי של חלבוני מפתח המעורבים בנוירופלסטיות, כולל חלבון מחזיר מחזורי-מחזורי-מחזורי מחזורי-מחזורי (PCREB; סמן של פעילות עצבית מוקדמת), וסינפין I (SYN; סימן ציטופלמי הקשור לחיבורים סינטטיים).

באופן ספציפי, המחקר מצא ירידה משמעותית בביטוי PCREB ועלייה משמעותית בביטוי SYN I בתאי עצב שנחשפו לחיידקים. ממצאים אלה מצביעים על שינויים תפקודיים בתיווך חיידקים בתאי עצב. המחקר גם אישר כי שינויים תפקודיים אלה אינם נובעים מהשפעות ציטוטוקסיות, מכיוון שלא נצפתה הפחתה של כדאיות עצבית או אינדוקציה של מוות של תאי עצבים בעקבות חשיפה לחיידקים.

שינויים בתמלול הקשורים לאינטראקציות הנוירו-בקטריאליות חשפו ארגון מחדש משמעותי של הנוף התמלול של תאי עצב בתגובה לחיידקים, והשפיע על תהליכים ביולוגיים חיוניים הקשורים לנוירופלסטיות, ויסות ביטוי גנים, מסלולי איתות ותגובת לחץ. ניתוח תמלול מפורט זיהה תפקיד בולט עבור מספר גנים הקשורים לביו-אלקטרוניות באינטראקציות נוירו-בקטריאליות הבסיסיות.

משמעות המחקר

המחקר מספק עדויות ניסיוניות יקרות ערך על אינטראקציות ישירה בין תאי מוח לתאי חיידקים, מה שמוביל לשינויים מרובים במורד הזרם ברמות המבניות, התפקודיות והתמלוליות.

המחקר מגלה כי החיידקים החיים, כאשר הם מגיעים במגע ישיר עם תאי עצב, משפיעים באופן משמעותי על גורמים גרעיניים הרלוונטיים לביטוי הגנים ומגדילים את החיבורים הסינפטיים בין תאי עצב. זוהתה גם קבוצה של גנים פוטנציאליים הקשורים לביו-אלקטרוניות המעורבים בתגובות עצביות, כולל הגן הנוירוטרופי הנגזר במוח BDNFהגן האדרנומדולין, אדמוניתוהגנים של אשלגן וכלוריד יון KCNA1 וכן CLCN1בהתאמה.

הפרופיל הביואלקטרי נחשב יותר ויותר למאפיין תפקודי של תאי חיידקים, מכיוון שהוא מתאם לאירועים פיזיולוגיים רלוונטיים ללא קשר לסיבתיות. בסך הכל, המחקר מספק פלטפורמה מבטיחה לפענח את ההשפעות הישירות של חיידקים על תאי מוח ולייצר ידע חדש על האינטראקציה הביולוגית -ביופיזית בין תאים שונים מאוד.

מודל המחקר מבוסס על תרבות דו ממדית של נוירונים קליפת המוח הנגזרים מחולדה, אשר חסרים את המורכבות המבנית והתאים של סביבה עצבית פיזיולוגית. הנוירונים בקליפת המוח נבחרו כסוג תאים ניסיוניים כדי לבחון אם נוירונים מוחיים יכולים להגיב ישירות לנוכחות חיידקית במקום נוירונים אנטריים או חושיים. עם זאת, נוירונים קליפת המוח הללו עשויים שלא לשקף תרחיש מתקבל על הדעת ביולוגית, מכיוון שאין כיום עדות לאינטראקציות ישירה בין מיקרוביוטה מעי לנוירונים קליפת המוח בתנאים רגילים.

מודל המחקר כולל זן חיידקי יחיד ונקודת זמן יחידה (30 דקות) לאינטראקציה נוירו-בקטריאלית. גורמים אלה עשויים להגביל את ההכללה של ממצאי המחקר. למרות מגבלות אלה, המחקר מספק מסגרת מהותית לפיתוח טיפולי חיידקים נוירואקטיביים חדשים או התערבויות ביו -אלקטרוניות הממוקדות לאינטראקציות במוח -מיקרוביוטה. מחקרים עתידיים ישתמשו במערכות רלוונטיות יותר מבחינה פיזיולוגית, כולל תרבויות משותפות עם נוירונים enteric ופלטפורמות אורגנות על שבב.

הורד את עותק ה- PDF שלך עכשיו!