Drobnoustroje komensalne zamieszkujące ludzkie ciało znacząco wpływają na funkcjonowanie całego organizmu. Mikrobiota jelit oraz produkowane przez nią metabolity posiadają zdolność modulowania funkcji mózgu, a także ludzkiego zachowania. Dysbioza, czyli zaburzenie równowagi mikrobioty w jelitach, może być przyczyną licznych schorzeń. Wyniki wielu badań naukowych wskazują na fakt, że mikrobiota matki wpływa nie tylko na jej organizm, ale także na zdrowie jej potomstwa. Czynniki takie jak: infekcja, nieodpowiednia dieta czy stres występujące podczas ciąży mogą prowadzić do zmian w kompozycji mikrobioty jelit ciężarnej kobiety. Te zmiany mogą następnie wywołać nieprawidłowości w pracy mózgu jej potomstwa. Naukowcy z University of California postanowili zgłębić to zagadnienie i sprawdzić, w jaki sposób zmiany mikrobioty samic myszy wpłyną na funkcjonowanie ich młodych.
„Postanowiliśmy zbadać, jaką rolę odgrywa mikrobiota matki we wczesnym rozwoju mózgu jej potomstwa – piszą autorzy pracy. – Interesowało nas również, czy efekt działania mikroorganizmów zasiedlających organizm matki będzie widoczny w zachowaniu dorosłych gryzoni”.
Doświadczenie przeprowadzono na trzech grupach samic. Pierwszą z nich stanowiły myszy całkowicie pozbawione drobnoustrojów (GF, ang. germ-free mice). W drugiej grupie znalazły się samice, którym przed zapłodnieniem zaczęto podawać antybiotyki, a następnie stosowano je w pierwszej połowie ciąży (ABX, ang. antibiotic-treated). Trzecią grupę stanowiły natomiast samice wychowywane w standardowych warunkach. Następnie badano rozwój mózgu oraz zachowanie potomstwa samic biorących udział w doświadczeniu. W badaniu wykorzystano metodę sekwencjonowania genów, łańcuchową reakcję polimerazy oraz techniki pozwalające na wizualizację morfologii tkanki mózgowej. Zajęto się również analizą metabolomu – zestawu metabolitów obecnych w organizmie. Naukowcy wykonali dodatkowo szereg eksperymentów in vitro na hodowlach komórkowych neuronów pozyskanych z tkanki mózgowej płodów myszy. Ostatnim etapem zaplanowanych doświadczeń były testy behawioralne umożliwiające ocenę różnych aspektów zachowania u potomstwa samic o różnym profilu mikrobiologicznym. Zastosowane testy badały m.in. percepcję wzrokową, sensomotorykę, wrażliwość na bodźce dotykowe oraz koordynację ruchową.
Zredukowanie liczebności bakterii tworzących mikrobiotę matki wywołało zmiany ekspresji 333 genów w neuronach płodów w ciągu 14 dniu od zapłodnienia. Wśród tych genów znajdowały się m.in. geny zaangażowane w proces powstawania nowych aksonów. Przy pomocy metod umożliwiających wizualizację tkanki nerwowej wykazano dodatkowo, że u potomstwa myszy GF oraz ABX zredukowana była liczba oraz długość aksonów łączących wzgórze i korę mózgową. Wprowadzenie szczepów bakterii z typów Firmicutes i Bacteroidetes do mikrobioty jelit samic pozbawionych drobnoustrojów (GF oraz ABX) przyczyniło się do ograniczenia zmian ekspresji genów u ich potomstwa. Analiza metabolomu wykazała ponadto, że mikrobiom matki wpłynął na stężenie wielu cząsteczek znajdujących się w jej osoczu oraz w tkance mózgowej jej młodych. Wyselekcjonowane metabolity, których działanie zależne jest od działania mikrobioty jelit, stymulowały wzrost aksonów komórek nerwowych wzgórza wyizolowanych z tkanki mózgowej płodów.
„Gdy hodowaliśmy neurony w obecności kluczowych metabolitów, których stężenie regulowane jest przez mikroorganizmy, obserwowaliśmy zwiększenie długości oraz liczby aksonów komórek nerwowych – tłumaczą autorzy pracy opublikowanej w „Nature”. – Podawanie metabolitów samicom, które pozbawione były drobnoustrojów, prowadziło do wzrostu stężenia tych związków w osoczu matek oraz w rozwijających się mózgach ich młodych. W efekcie nie obserwowano zaburzeń w rozwoju aksonów u potomstwa samic poddawanych suplementacji”.
Ograniczona bioróżnorodność mikrobioty u matek z grupy GF oraz ABX skutkowała wystąpieniem deficytów behawioralnych u kolejnego pokolenia. Dorosłe już potomstwo tych samic wykazywało zmniejszoną wrażliwość czuciową, co zostało potwierdzone w dwóch testach behawioralnych. Percepcja wzrokowa oraz koordynacja ruchowa były u tych zwierząt na takim samym poziomie, co u gryzoni z grupy kontrolnej.
„Nie wiemy, czy uzyskane przez nas wyniki mogą być rozpatrywane w kontekście ludzkiej ciąży i rozwoju mózgu dziecka – piszą autorzy w podsumowaniu pracy. – Możemy natomiast wyciągnąć wniosek, że mikrobiota matki podczas ciąży powinna być traktowana jako jeden z ważniejszych czynników wpływających na zdrowie zarówno ciężarnej, jak i jej dziecka. Potwierdziliśmy również, że czas od zapłodnienia do połowy ciąży jest okresem, w którym mózg rozwijającego się płodu jest szczególnie wrażliwy na mikrobiotę matki oraz produkowane przez nią metabolity”.
Kontynuowanie badań dotyczących mikrobioty jelit może w przyszłości pomóc w opracowaniu skutecznych metod wspierania prawidłowego rozwoju dziecka podczas ciąży. Być może tak proste zmiany w sposobie żywienia, jak odpowiednia dieta czy stosowanie probiotyków, mogłyby przynieść wiele korzyści dla zdrowia matek i ich potomstwa.
