Жирная пища может привести к проникновению кишечных бактерий в мозг

Фото из открытых источников

Живые бактерии из пищеварительной системы могут проникать непосредственно в мозг при ослаблении кишечного барьера. Это открытие предлагает потенциально новое объяснение того, как здоровье пищеварительной системы влияет на неврологические заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и аутизм. Результаты исследования были опубликованы в журнале PLOS Biology.

Пищеварительный тракт и центральная нервная система тесно связаны посредством биологической коммуникационной сети, называемой осью «кишечник-мозг». Эта сеть помогает регулировать функции организма, пищеварение и воспаление. Медицинские специалисты отмечают связь между микробиомом кишечника и различными неврологическими заболеваниями.

Кишечный микробиом — это огромное скопление бактерий и других микроорганизмов, естественным образом обитающих в пищеварительном тракте. Изменения в составе бактерий, живущих в кишечнике, часто сопровождаются состоянием, называемым повышенной кишечной проницаемостью. Это состояние возникает, когда слизистая оболочка кишечника ослабевает, позволяя веществам проникать в организм.

Известно, что диеты с высоким содержанием жиров изменяют бактериальный состав кишечника и способствуют нарушению целостности кишечной микрофлоры. Однако исследователи до конца не понимали точные механизмы, позволяющие кишечным бактериям напрямую воздействовать на мозг и потенциально вызывать неврологические заболевания. Манодж Тапа из Национального центра исследований приматов при Университете Эмори возглавил исследование, посвященное изучению этих физических механизмов.

Тапа и группа его коллег решили выяснить, могут ли микробы физически перемещаться из пищеварительной системы непосредственно в мозг. Для проверки своих гипотез исследователи использовали специальную породу лабораторных мышей, склонных к развитию проблем с печенью и изменениям в кишечной микрофлоре. В течение девяти дней этих мышей кормили пищей с высоким содержанием жиров и углеводов, называемой диетой Пайгена.

Затем исследовательская группа проанализировала фекалии и кишечную ткань мышей. Они обнаружили, что диета с высоким содержанием жиров изменила бактериальный состав кишечника, обогатив его такими бактериями, как стафилококки, и уменьшив количество полезных бактерий, таких как лактобактерии. Наряду с этими бактериальными изменениями, диета с высоким содержанием жиров привела к ослаблению и проницаемости слизистой оболочки кишечника мышей.

Чтобы выяснить, удалось ли бактериям избежать попадания в пищеварительный тракт, исследователи изучили различные органы, включая легкие, сердце, почки и кровь. Они не обнаружили бактерий в крови или большинстве других системных органов. Однако они обнаружили небольшое количество живых бактерий в мозге мышей, получавших диету с высоким содержанием жиров.

Затем исследователи использовали генетическое секвенирование, чтобы сравнить бактерии, обнаруженные в мозге, с бактериями, обитающими в кишечнике. Они обнаружили, что генетические коды совпадают почти идеально, что указывает на то, что бактерии в мозге произошли из кишечника. Поскольку в крови бактерий обнаружено не было, команде нужно было найти альтернативный путь, по которому микробы достигли мозга.

Они обратили свое внимание на блуждающий нерв — длинный нервный путь, соединяющий ствол головного мозга с сердцем, легкими и органами пищеварения. При исследовании шейных ветвей блуждающего нерва у мышей исследователи обнаружили те же самые типы бактерий. Чтобы проверить, является ли этот нерв физическим путем, они провели хирургическую операцию по перерезанию правого шейного блуждающего нерва у некоторых мышей.

Поскольку перерезание нерва с обеих сторон тела было бы смертельным, его перерезали только с одной стороны. У этих мышей, подвергшихся хирургической модификации, уровень бактерий в мозге был значительно ниже по сравнению с мышами с неповрежденными нервами. Затем исследователи захотели выяснить, определяет ли тип бактерий в кишечнике, какие из них в конечном итоге попадают в мозг.

Новую группу мышей ввели смесь обычных антибиотиков, чтобы уничтожить существующую кишечную микрофлору. Затем в пищеварительный тракт этих мышей ввели специфический, генетически модифицированный штамм бактерий Enterobacter. Этот генетически модифицированный штамм содержал уникальный ДНК-штрихкод, не встречающийся в природе.

После того как мышам давали диету с высоким содержанием жиров, чтобы вызвать синдром повышенной кишечной проницаемости, исследователи искали в тканях мозга специфическую бактериальную ДНК. Используя высокочувствительные лабораторные методы для копирования и амплификации генетического материала, они успешно обнаружили уникальный ДНК-штрихкод в тканях мозга. Это доказало, что специфические бактерии, помещенные в кишечник, попали непосредственно в мозг.

Чтобы подтвердить полное отсутствие бактерий в крови, исследователи проверили её на наличие специфических антимикробных белков. Уровень этих белков естественным образом повышается, когда иммунная система обнаруживает инфекцию в кровотоке. Уровень этих белков оставался совершенно нормальным, что является дополнительным доказательством того, что микробы не использовали кровеносную систему для распространения.

Чтобы убедиться, что эти результаты не ограничиваются какой-либо конкретной породой мышей, исследователи повторили эксперименты, используя стандартных лабораторных мышей. Когда стандартные мыши получали диету с высоким содержанием жиров, у них также развивалась кишечная проницаемость и в головном мозге обнаруживались кишечные бактерии. Команда наблюдала, что бактерии появлялись в блуждающем нерве до того, как достигали головного мозга, что подтверждает идею о транзитном пути.

Исследователи также проверили, является ли это физическое перемещение бактерий постоянным состоянием. Они взяли мышей, которые питались высокожирной диетой, и вернули их на стандартный лабораторный корм. После возвращения к нормальному питанию слизистая оболочка кишечника мышей зажила, и утечка прекратилась.

Впоследствии исследователи больше не смогли обнаружить бактерии в мозге этих мышей. Это указывало на то, что наличие бактерий в мозге является обратимым состоянием, зависящим от состояния слизистой оболочки кишечника.

Затем команда расширила область своих исследований, изучив мышей, созданных для имитации неврологических заболеваний человека. Они исследовали мышиные модели, разработанные для воспроизведения болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона и расстройства аутистического спектра. Даже при нормальном питании у этих мышей наблюдалось ослабление слизистой оболочки кишечника.

Когда исследователи изучили мозг и блуждающие нервы этих больных мышей, они обнаружили наличие кишечных бактерий. Как и в экспериментах с диетой, в крови этих мышей бактерий не было. Гематоэнцефалический барьер, защитный фильтр, отделяющий мозг от кровеносной системы, оставался полностью неповрежденным у всех исследованных животных.

Это укрепило предположение, что микробы полностью обходят кровоток и используют нервы в качестве магистрали. Результаты показали, что синдром повышенной кишечной проницаемости может быть распространенным признаком, позволяющим бактериям перемещаться при этих специфических неврологических заболеваниях. Исследователи приняли чрезвычайные меры предосторожности, чтобы гарантировать, что их образцы не будут загрязнены в процессе сбора.

Вся работа проводилась в стерильных условиях, и образцы ткани мозга собирались до того, как прикасались к органам пищеварительной системы. Также было подтверждено, что у мышей, выращенных в стерильных условиях без каких-либо естественных бактерий, в мозге не было микробов. Когда же этим мышам ввели один штамм бактерий и дали им обычную диету, микробы остались в кишечнике.

Бактерии проникали в мозг только тогда, когда безмикробных мышей кормили высокожирной диетой, вызывавшей нарушение целостности кишечной стенки. Это доказало чистоту методов изоляции и то, что для перемещения бактерий абсолютно необходимо ослабление слизистой оболочки кишечника. Чтобы полностью понять связь между нарушением целостности кишечной стенки и мозгом, команда также давала мышам химическое вещество, которое агрессивно разрушает слизистую оболочку кишечника.

Только при самых высоких дозах этого химического вещества бактерии наконец-то попадали в кровоток. Это показало, что умеренной проницаемости кишечника, вызванной диетой с высоким содержанием жиров, было достаточно, чтобы бактерии проникли в нерв, но недостаточно сильной, чтобы вызвать полноценную инфекцию крови.

У исследования есть несколько ограничений, которые требуют дальнейшего изучения научным сообществом. Исследование полностью основывалось на моделях животных, поэтому остается неизвестным, происходит ли точно такое же физическое перемещение бактерий в организме человека. Количество бактериальных клеток, обнаруженных в тканях мозга, было довольно низким, в основном исчислялось сотнями.

Различия в точном количестве бактерий, обнаруженных в мозге у разных моделей мышей, не были статистически значимыми, но присутствие бактерий было постоянным. Исследователям пока не удалось получить визуальные изображения бактерий внутри мозга или блуждающего нерва. Специфическая диета, используемая для индукции синдрома повышенной кишечной проницаемости у мышей, представляет собой экстремальную формулу, содержащую большое количество жиров и определенных кислот.

Эта диета отличается от типичных пищевых привычек человека, хотя западная диета также может вызывать проблемы с кишечником. Пока точно не ясно, где именно обитают бактерии после того, как попадают в мозг. Ученым также необходимо определить, какие именно клетки мозга вступают в контакт с этими перемещенными микробами.

Дальнейшие исследования будут сосредоточены на том, способны ли все типы кишечных бактерий перемещаться вдоль блуждающего нерва или только определенные виды могут совершать это путешествие. Исследователи также изучат, как долго бактерии могут выживать в головном мозге после заживления слизистой оболочки кишечника. Понимание этих механизмов в конечном итоге может привести к разработке новых методов лечения.

Если врачам удастся воздействовать на пищеварительную систему, чтобы предотвратить проникновение бактерий, они смогут изменить течение некоторых неврологических заболеваний. «Один из самых важных аспектов этого исследования, имеющий практическое значение, заключается в том, что оно предполагает, что развитие неврологических заболеваний может начинаться в кишечнике», — сказал Дэвид С. Вайс, один из ведущих авторов исследования. Он отметил, что «это может сместить фокус новых методов лечения заболеваний головного мозга, сделав кишечник новой мишенью терапии».

* Информация представлена исключительно в ознакомительных целях и не служит рекомендацией для лечения заболеваний