Probiotische Bakterien, die das Zellverhalten in vitro umformen

In einer Laborstudie in einer einzigartigen Labor-Studie beweisen Wissenschaftler, dass probiotische Bakterien unmittelbare und messbare Veränderungen der Gehirnzellfunktion stimulieren, was auf eine neue direkte Kommunikation zwischen Ihrem Darm und Ihrem Geist hinweist

Studie: Eine in vitro neurobakterielle Grenzfläche zeigt eine direkte Modulation der neuronalen Funktion durch Darmbakterien. Bildnachweis: TopMicrobialstock/Shutterstock.com

Die Forscher entwickelten eine Neuron-Bakterien-Grenzfläche, die zeigt, dass die Darmbakteriengemeinschaft direkt mit Gehirnneuronen interagieren und ihre Aktivitäten in vitro verändern kann. Diese Studie, veröffentlicht in Wissenschaftliche Berichteliefert neue Einblicke in mögliche Mechanismen innerhalb der Darmhirnachse.

Hintergrund

Die Darmhirnachse, ein bidirektionales Kommunikationsnetz zwischen dem Darmmikrobiota und dem Zentralnervensystem, hat in der wissenschaftlichen Gemeinschaft aufgrund ihrer wesentlichen Beteiligung an normalen physiologischen Funktionen und Krankheitspathogenese erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen.

Veränderungen der Zusammensetzung und Funktionalität der Darmmikrobiota, die als Dysbiose bezeichnet werden, wurden mit mehreren neurologischen Erkrankungen in Verbindung gebracht, einschließlich Alzheimer -Krankheit, Autismus -Spektrum -Störungen und Depressionen.

In der Literatur ist bereits gut etabliert, dass die mikrobiellen Darmgemeinschaften und ihre Metaboliten die Darm-Hirn-Achse direkt beeinflussen. Informationen zum Austausch direkter Kommunikation und bidirektionaler Informationen zwischen Bakterien und Gehirnneuronen sind jedoch nicht weit verbreitet.

In der aktuellen Studie entwickelten die Forscher ein neuro-bakterielles Grenzflächenmodell unter Verwendung des probiotischen Bakteriums von Foodborne Lactiplantibacillus plantarum und kortikale neuronale Rattenkulturen, um zu untersuchen, wie Nervenzellen auf die bakterielle Präsenz auf morphologischen, funktionellen und transkriptionellen Ebenen reagieren.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Studie vollständig durchgeführt wurde in vitro unter Verwendung von embryonalen kortikalen Neuronen von Ratten, die nicht direkt auf Darmbakterien stoßen In vivo. Die Verwendung dieser Neuronen sollte testen, ob Neuronen des Zentralnervensystems auf bakteriellen Kontakt reagieren können, anstatt ein Darmhirn-Szenario im wirklichen Leben zu modellieren.

Schlüsselergebnisse

Die Bewertung der physikalischen Wechselwirkung zwischen Bakterien und Nervenzellen ergab, dass die Bakterien an der Oberfläche von Nervenzellen haften, ohne in das neuronale Zytoplasma einzudringen.

In Bezug auf die funktionelle Reaktion von Nervenzellen nach bakterieller Exposition fand die Studie einen signifikanten Anstieg des Calciumsignals, wenn Nervenzellen auf die Bakterien stoßen. Diese erhöhte Signalübertragung war von den bakteriellen Konzentrationen und dem aktiven Stoffwechsel abhängig.

Nervenzellen, die einer hohen Konzentration an metabolisch aktiven Bakterien ausgesetzt waren, zeigten die höchste Calciumsignalisierung. In ähnlicher Weise zeigten Nervenzellen, die Wärmebakterien ausgesetzt waren (normale zelluläre Integrität, aber keine metabolische Aktivität), das zweithöchste Calciumsignal in derselben Konzentration. Nervenzellen, die einer sehr geringen Konzentration von aktiven Bakterien ausgesetzt waren, zeigten jedoch eine ähnliche Intensitätssignalisierung wie nicht exponierte Zellen. Diese Beobachtungen zeigen, dass die Bakterienbelastung und der Kontakt mit Membran zu Membran für die Induktion einer neuronalen Reaktion wesentlich sind, und die neuronale Aktivierung ist signifikant größer, wenn Nervenzellen eher mit lebenden Bakterien als mit metabolisch inaktiven Bakterien interagieren.

In Bezug auf die bakterienvermittelte Veränderung der neuralen Aktivität fand die Studie signifikante Veränderungen in der Expression von Schlüsselproteinen, die an der Neuroplastizität beteiligt sind, einschließlich phosphorylierter cyclisch-amponsiver-Element-bindendes Protein (pcreb; ein Marker der frühen Neuralaktivität) und Synapsin I (Syna-I; Ein cytoplasmaser Marke im Zusammenhang mit synaptischen Verbindungen).

Insbesondere fand die Studie eine signifikante Verringerung der PCREB -Expression und einen signifikanten Anstieg der Syn -I -Expression in Nervenzellen, die Bakterien ausgesetzt waren. Diese Befunde weisen auf bakterienvermittelte funktionelle Veränderungen in Nervenzellen hin. Die Studie bestätigte auch, dass diese funktionellen Veränderungen nicht auf zytotoxische Wirkungen zurückzuführen sind, da nach der Bakterienexposition keine Verringerung der neuronalen Lebensfähigkeit oder Induktion des Todes des Nervenzelltods beobachtet wurde.

Transkriptionelle Veränderungen im Zusammenhang mit den neuro-bakteriellen Wechselwirkungen zeigten eine signifikante Umstrukturierung der Transkriptionslandschaft von Nervenzellen als Reaktion auf Bakterien, die lebenswichtige biologische Prozesse im Zusammenhang mit Neuroplastizität, Genexpressionsregulation, Signalwegen und Stressreaktion beeinflussen. Eine detaillierte Transkriptionsanalyse identifizierte eine herausragende Rolle für mehrere bioelektrische Gene bei zugrunde liegenden neuro-bakteriellen Wechselwirkungen.

Signifikanz untersuchen

Die Studie liefert wertvolle experimentelle Beweise für direkte Wechselwirkungen zwischen Gehirn und Bakterienzellen, was zu mehreren stromabwärts gelegenen Veränderungen in strukturellen, funktionellen und Transkriptionsebenen führt.

Die RNA -Sequenzierung identifizierte 384 nach bakteriellem Kontakt differentiell exprimierte Gene, wobei Verschiebungen in Gennetzwerken mit Gehirnbedingungen wie Demenz, Kognition und Stimmungsstörungen verbunden waren.

Die Studie zeigt, dass die lebenden Bakterien, wenn sie in direktem Kontakt mit Nervenzellen kommen, die für die Genexpression relevanten Kernfaktoren signifikant beeinflussen und die synaptischen Verbindungen zwischen Nervenzellen erhöhen. Es wurde ebenfalls eine Reihe potenzieller bioelektrischen Gene, die an neuronalen Reaktionen beteiligt sind Bdnfdas Adrenomedullin -Gen, Admund das Kalium- und Chlorid -Ionenkanal -Gene Kcna1 Und CLCN1jeweils.

Das bioelektrische Profil wird zunehmend als funktionelle Eigenschaft von Bakterienzellen angesehen, da es unabhängig von der Kausalität mit relevanten physiologischen Ereignissen korreliert. Insgesamt bietet die Studie eine vielversprechende Plattform, um die direkten Auswirkungen von Bakterien auf Gehirnzellen zu dekodieren und neue Kenntnisse über die biologisch -biophysikalische Wechselwirkung zwischen stark divergierenden Zellen zu erzeugen.

Das Studienmodell basiert auf einer zweidimensionalen Kultur von kortikalen Neuronen von Ratten, die die strukturelle und zelluläre Komplexität einer physiologischen neuronalen Umgebung fehlt. Die kortikalen Neuronen wurden als experimenteller Zelltyp ausgewählt, um zu untersuchen, ob Gehirnneuronen direkt auf bakterielle Vorhandensein anstelle von enterischen oder sensorischen Neuronen reagieren können. Diese kortikalen Neuronen spiegeln jedoch möglicherweise kein biologisch plausible Szenario wider, da derzeit keine Anzeichen für direkte Wechselwirkungen zwischen Darmmikrobiota und kortikalen Neuronen unter normalen Bedingungen vorliegen.

Das Studienmodell umfasst einen einzelnen Bakterienstamm und einen einzelnen Zeitpunkt (30 Minuten) für die neuro-bakterielle Wechselwirkung. Diese Faktoren können die Generalisierbarkeit von Studienergebnissen einschränken. Trotz dieser Einschränkungen bietet die Studie einen grundlegenden Rahmen für die Entwicklung neuer neuroaktiver bakterieller Therapeutika oder bioelektronische Interventionen, die auf Wechselwirkungen zwischen Gehirn und Mikrobiota abzielen. Zukünftige Studien werden physiologisch relevantere Systeme verwenden, einschließlich Co-Kulturen mit enterischen Neuronen und Organ-On-Chip-Plattformen.

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Quellen: