Mentre in precedenza sono stati trovati collegamenti allettanti tra il microbioma intestinale e il cervello, un team di ricercatori di due laboratori nazionali del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha trovato nuove prove di connessioni tangibili tra l'intestino e il cervello. Il team ha identificato il lattato, una molecola prodotta da tutte le specie di un microbo intestinale, come messaggero molecolare chiave che stimola la memoria. Il lavoro è stato pubblicato il 17 aprile sulla rivista BMC Microbiome.
Il nostro studio mostra che il microbioma potrebbe collaborare con la genetica per influenzare la memoria".
Janet Jansson, ecologo microbico presso il Pacific Northwest National Laboratory e autore corrispondente dello studio
Gli scienziati sanno che i topi alimentati con microbi benefici per la salute, chiamati probiotici, sperimentare diversi benefici positivi. Gli scienziati sanno anche che i microbi producono molecole che viaggiano attraverso il sangue e agiscono come messaggeri chimici che influenzano altre parti del corpo, compreso il cervello. Però, non era chiaro quali microrganismi specifici e messaggeri molecolari microbici potessero influenzare la memoria fino ad ora.
"La sfida è che il corredo genetico unico di un topo e le condizioni ambientali influiscono anche sulla sua memoria e sul microbioma, " disse Antoine Snijders, un bioscienziato al Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e autore corrispondente. "Per sapere se una molecola microbica ha influenzato la memoria, avevamo bisogno di capire l'interazione tra la genetica e il microbioma".
L'impatto del microbioma sulla memoria è un'area di ricerca molto attiva ora, Ha aggiunto, con più di 100 articoli pubblicati negli ultimi cinque anni sui legami tra probiotici comuni e memoria.
Prima che potessero iniziare a cercare molecole che potrebbero essere coinvolte nel miglioramento della memoria, Jansson, Snijders ei loro colleghi avevano bisogno di determinare come la genetica influenza la memoria.
I ricercatori hanno iniziato con una collezione di topi chiamata Collaborative Cross. Hanno allevato 29 diversi ceppi di topi per imitare la diversità genetica e fisica di una popolazione umana. Include topi di diverse dimensioni, colori e disposizione del mantello (ad es. timido o audace). I ricercatori conoscono anche le sequenze del genoma di ciascun ceppo.
Primo, il team ha dato a ogni ceppo di topi un test di memoria. Quindi hanno esaminato ogni ceppo per le variazioni genetiche e hanno correlato queste variazioni ai risultati della memoria. Hanno trovato due serie di geni associati alla memoria. Uno era un insieme di nuovi geni candidati per influenzare la cognizione, mentre l'altro set di geni era già noto.
Prossimo, i ricercatori hanno analizzato il microbioma intestinale di ciascun ceppo in modo da poter stabilire connessioni microbiche con la genetica e i collegamenti di memoria che avevano già. Hanno identificato quattro famiglie di microbi che erano associate a un miglioramento della memoria. Il più comune di questi era una specie di Lactobacillus, L. reuteri.
Per testare questa associazione, i ricercatori hanno somministrato L. reuteri a topi privi di germi senza microbi intestinali e poi hanno testato la memoria dei topi. Hanno visto un miglioramento significativo rispetto ai topi privi di germi non nutriti con microbi. Hanno anche riscontrato lo stesso miglioramento quando hanno nutrito topi privi di germi con una delle altre due specie di Lactobacillus.
"Mentre in precedenza era stato segnalato un legame tra Lactobacillus e la memoria, lo abbiamo anche trovato indipendentemente in questo schermo genetico imparziale, " ha detto Snijders. "Questi risultati suggeriscono che la variazione genetica in gran parte controlla la memoria, così come le differenze nella composizione del microbioma intestinale tra i ceppi".
Finalmente, i ricercatori volevano identificare quali molecole correlate ai microbi potrebbero essere coinvolte nel miglioramento della memoria. Hanno analizzato le feci, sangue e tessuto cerebrale di topi privi di germi hanno alimentato ciascuno una specie specifica di Lactobacillus. Il lattato era uno dei sottoprodotti molecolari metabolici comuni; è anche una molecola prodotta da tutti i ceppi di Lactobacillus.
Il team ha somministrato lattato a topi precedentemente identificati per avere scarsa memoria e ha notato che la loro memoria è migliorata. I topi alimentati con lattato o microbi Lactobacillus avevano anche livelli aumentati di acido gamma-aminobutirrico (GABA), un messaggero molecolare legato alla formazione della memoria nei loro cervelli.
Per vedere se lo stesso meccanismo molecolare potrebbe applicarsi anche negli esseri umani, i ricercatori hanno contattato Paul Wilmes, presso l'Università del Lussemburgo, che ha sviluppato un minuscolo chip che imita il punto in cui i microbi interagiscono con il tessuto intestinale umano. Quando Wilmes e i suoi colleghi hanno testato L. reuteri in questo chip, hanno visto che il lattato prodotto dai microbi viaggiava attraverso il tessuto intestinale umano, indicando che potrebbe entrare nel flusso sanguigno e potenzialmente viaggiare al cervello.
"Mentre questa ricerca rafforza l'idea che la dieta, genetica, e comportamenti - come la memoria - sono collegati, sono necessari ulteriori lavori per dimostrare se il Lactobacillus può migliorare la memoria negli esseri umani, " ha detto Jansson.
Snijders era d'accordo, aggiungendo che un giorno potrebbe essere possibile utilizzare i probiotici per migliorare la memoria in popolazioni mirate, come le persone con difficoltà di apprendimento e disturbi neurodegenerativi.
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