Studia mają pokazane że mikrobiom jelitowy może modulować funkcje układu nerwowego i odwrotnie. Oprócz modulowania funkcji mózgu, badania pokazują, że zwierzęta wolne od zarazków, którym brakuje mikroorganizmów jelitowych pokazać zmieniony rozwój mózgu.

Mikroflora jelitowa może wpływać na rozwój i funkcjonowanie mózgu poprzez modulowanie funkcji odpornościowych, szlaków metabolicznych lub bezpośrednie działanie na układ nerwowy.

Odkrycia te doprowadziły do ​​wzrostu zainteresowania rolą mikroflory jelitowej w rozwoju zaburzeń neurodegeneracyjnych.

Na przykład kilka ostatnich badań wykazało, że zmiany w składzie i funkcji mikrobiomu jelitowego są związane z warunkami neuropsychologicznymi, w tym choroba Alzheimera oraz Choroba Parkinsona.

Istnieją jednak ograniczone dane wskazujące na związek przyczynowy między mikrobiomem jelitowym a zaburzeniami neurologicznymi.

Stwardnienie zanikowe boczne jest postępującą chorobą neurodegeneracyjną charakteryzującą się utratą neuronów ruchowych.

Degeneracja neuronów ruchowych prowadzi do osłabienia mięśni, aw konsekwencji do utraty kontroli nad ruchami i paraliżu.

Modele zwierzęce są niezbędne do badania mechanizmów leżących u podstaw rozwoju stanów neurologicznych, takich jak stwardnienie zanikowe boczne, które wpływają na ośrodkowy układ nerwowy.

W obecnym badaniu naukowcy wykorzystali nicienia, czyli glisty, tzw Caenorhabditis elegans jako model do badania wpływu bakterii probiotycznych na rozwój objawów podobnych do ALS.

C. elegancja jest jednym z najpowszechniejszych modeli bezkręgowców wykorzystywanych do badania rozwoju i zachowania zwierząt. C. elegancja ma krótki cykl życiowy, kończąc rozwój od zapłodnionego jaja do postaci dorosłej w ciągu około 3 dni w temperaturze 20 stopni Celsjusza.

Co więcej, cały genom C. elegancja została opublikowana, a określone geny można łatwo zmienić w celu zbadania ich funkcji.

Dorosły C. elegancja mają około 1 milimetra długości i wykorzystują bakterie jako źródło pożywienia. W ten sposób robaki te mogą być utrzymywane w laboratorium na kulturach E coli hodowane na szalkach Petriego.

Naukowcy mogą zatem badać działanie neuroprotekcyjne poszczególnych bakterii jelitowych poprzez karmienie C. elegancja określony szczep bakterii.

Na przykład wcześniejsze badania wykazały, że niektóre probiotyczne szczepy bakterii mogą zapobiegać lub spowalniać objawy neurodegeneracyjne C. elegancja modele choroby Alzheimera i Choroba Parkinsona.

Na około 5–10% przypadków ALS jest dziedzicznych, podczas gdy pozostałe są spowodowane kombinacją czynników środowiskowych i genetycznych. Mutacje w białkach FUS i TDP-43 są powszechne w przypadku rodzinnego ALS.

W niniejszym badaniu naukowcy wykorzystali C. elegancja robaki, które zmodyfikowali genetycznie w celu ekspresji zmutowanych form FUS lub TDP-43 w neuronach ruchowych.

Te genetycznie zmodyfikowane — lub transgeniczne — C. elegancja robaki wyrażające zmutowane FUS lub TDP-43 geny mają tendencję do paraliżu i wykazują zwyrodnienie neuronów ruchowych między 6–12 dniem dorosłości.

Naukowcy najpierw zbadali, czy karmienie transgeniczne C. elegancja Modele ALS różnych szczepów bakterii probiotycznych mogą zapobiegać lub zmniejszać ekspresję tych objawów podobnych do ALS.

W szczególności naukowcy utrzymali transgeniczność C. elegancja Modele ALS na 13 różnych szczepach bakteryjnych i trzech kombinacjach po dwa szczepy każda. Zwierzęta z grupy kontrolnej utrzymywano na szczepie E coli.

Naukowcy odkryli, że tylko szczep bakterii L. rhamnosus HA-114 był w stanie zapobiegać rozwojowi paraliżu i degeneracji neuronów ruchowych w transgenicznych modelach ALS.

Eksperyment obejmował również trzy inne L. rhamnosus szczepy, ale te szczepy nie były w stanie zapobiec rozwojowi cech podobnych do ALS.

Następnie naukowcy zbadali potencjalne mechanizmy, które mogłyby wyjaśnić zdolność szczepu bakteryjnego HA-114 do ratowania objawów podobnych do ALS.

Niektóre z powszechnych mechanizmów zaangażowanych w stany neurodegeneracyjne obejmują stres oksydacyjny i agregację źle sfałdowane białka. Jednak neuroprotekcyjne działanie HA-114 było niezależne od tych szlaków.

Aby dokładniej zbadać mechanizmy leżące u podstaw neuroprotekcyjnego działania HA-114, naukowcy ocenili różnice w profilu ekspresji genów modeli robaków ALS utrzymywanych na HA-114 i E coli.

Robaki transgeniczne utrzymywane na HA-114 wykazywały wyższą ekspresję genów zaangażowanych w metabolizm lipidów niż robaki utrzymywane na E coli napięcie.

Dlatego naukowcy indywidualnie celowali w ekspresję trzech genów — acdh-1, kat-1oraz elo-6 — zaangażowany w metabolizm lipidów w modelach robaków ALS.

Używanie transgenicznych C. elegancja Modele ALS niosące mutacje w tych genach metabolizmu lipidów oprócz tych w FUS lub TDP-43 genów, naukowcy odkryli, że HA-114 nie był już w stanie zapobiegać paraliżowi u tych szczepów.

Innymi słowy, te geny zaangażowane w metabolizm lipidów były niezbędne do pośredniczenia w neuroprotekcyjnym działaniu HA-114.

Naukowcy odkryli, że nawet zabity termicznie HA-114 był w stanie zapobiec paraliżowi u transgenicznych C. elegancja Model ALS.

Co więcej, kwasy tłuszczowe, ale nie ekstrakty białkowe, pochodzące z HA-114, były w stanie uratować objawy związane z ALS u robaków transgenicznych.

Naukowcy odkryli również, że zarówno kwasy tłuszczowe pochodzące od HA-114, jak i HA-114 również zwiększyły ekspresję acdh-1 gen. Warto zauważyć, że HA-114 nie był w stanie zapobiec paraliżowi transgenicznego C. elegancja Model ALS w obecności inhibitora acdh-1 Ekspresja genu.

Geny acdh-1 oraz kat-1 biorą udział w metabolizmie kwasów tłuszczowych i mitochondriach beta-oksydacjaproces, w którym kwasy tłuszczowe są rozkładane w mitochondriach w celu wytworzenia energii.

Łącznie wyniki te sugerują, że szczep bakteryjny HA-114 wpływa na metabolizm lipidów, w szczególności na beta-oksydację, aby wywierać działanie neuroprotekcyjne.

Dlatego naukowcy dalej badali, czy ALS C. elegancja modele wykazały deficyty w metabolizmie lipidów i czy szczep bakteryjny HA-114 może pomóc w normalizacji tych deficytów.

Zbadano również, czy takie deficyty w metabolizmie lipidów występowały również u a C.elegans model choroby Huntingtona, innej choroby neurodegeneracyjnej związanej z wiekiem.

The C. elegancja modele zarówno ALS, jak i choroby Huntingtona wykazały większą akumulację lipidów niż zwierzęta kontrolne typu dzikiego.

Co więcej, gdy transgeniczne modele robaków ALS i choroby Huntingtona były utrzymywane na HA-114, wykazywały one podobne poziomy akumulacji lipidów jak te obserwowane u szczepów typu dzikiego. C. elegancja.

Podsumowując, wyniki te wskazują na zaburzenie metabolizmu lipidów w C. elegancja modele neurodegeneracji związanej z wiekiem, przy czym HA-114 jest wystarczający do normalizacji tych zmian w metabolizmie lipidów.

Dodatkowe eksperymenty wykazały również, że transgeniczne modele ALS wykazały deficyty w szlakach związanych z beta-oksydacją.

Niniejsze badanie wykazało zakłócenie metabolizmu lipidów w transgenicznym modelu ALS, które nie ograniczało się do neuronów ruchowych, ale rozciągało się również na narządy, takie jak wątroba.

Sugeruje to, że ALS może wpływać na inne układy narządów i podkreśla potrzebę pełniejszego zrozumienia choroby.

Wreszcie, chociaż ALS, podobnie jak choroba Alzheimera, jest również związany z agregacją nieprawidłowo sfałdowanych białek, HA-114 nie był w stanie zapobiec agregacji białek. Zamiast tego HA-114 może pomóc złagodzić deficyty metabolizmu spowodowane zmutowanymi genami i zapobiegać lub opóźniać degenerację neuronów.