Naukowcy po raz pierwszy odkryli funkcjonalny związek między bakteriami w jelitach a chorobą Parkinsona.

Zmiany w składzie populacji bakterii jelitowych – lub prawdopodobnie samych bakterii jelitowych – aktywnie przyczyniają się, a nawet mogą powodować pogorszenie zdolności motorycznych, które jest cechą charakterystyczną tej choroby. Naukowcy twierdzą, że odkrycia mają głęboki wpływ na leczenie choroby Parkinsona.

Choroba Parkinsona dotyka 1 milion osób w USA i aż 10 milionów na całym świecie, co czyni ją drugą najczęstszą chorobą neurodegeneracyjną. Charakterystyczne cechy obejmują drżenie i trudności w chodzeniu, agregację białka zwanego alfa-synukleiną (?Syn) w komórkach mózgu i jelitach oraz obecność cząsteczek zapalnych zwanych cytokinami w mózgu. Ponadto 75 procent osób cierpiących na tę chorobę ma zaburzenia żołądkowo-jelitowe, głównie zaparcia.

„Jelito jest stałym domem dla zróżnicowanej społeczności pożytecznych, a czasem szkodliwych bakterii, znanych jako mikrobiom, które są ważne dla rozwoju i funkcjonowania układu odpornościowego i nerwowego” – mówi Sarkis Mazmanian, profesor mikrobiologii w California Institute of Technologia.

„Co ciekawe, 70 procent wszystkich neuronów w obwodowym układzie nerwowym – to znaczy nie w mózgu czy rdzeniu kręgowym – znajduje się w jelitach, a układ nerwowy jelit jest bezpośrednio połączony z ośrodkowym układem nerwowym przez nerw błędny. Ponieważ problemy żołądkowo-jelitowe często poprzedzają objawy motoryczne o wiele lat, a większość przypadków PD jest powodowana przez czynniki środowiskowe, postawiliśmy hipotezę, że bakterie w jelitach mogą przyczyniać się do PD”.

Myszy wolne od zarazków

Aby to przetestować, naukowcy wykorzystali myszy, które wytwarzały nadmierną ilość białka βSyn i wykazywały objawy choroby Parkinsona. Jedna grupa myszy miała złożone konsorcjum bakterii jelitowych; inne, zwane myszami wolnymi od zarazków, były hodowane w całkowicie sterylnym środowisku i dlatego brakowało im bakterii jelitowych. Naukowcy poprosili obie grupy myszy o wykonanie kilku zadań w celu pomiaru ich zdolności motorycznych, takich jak bieganie na bieżni, przekraczanie belki i schodzenie z rurki. Myszy wolne od zarazków radziły sobie znacznie lepiej niż myszy z pełnym mikrobiomem.

„To był moment „eureki”.

„To był moment „eureki” – mówi Timothy Sampson, doktor habilitowany w dziedzinie biologii i inżynierii biologicznej, pierwszy autor artykułu w czasopiśmie. Komórka. „Myszy były genetycznie identyczne; obie grupy zarabiały za dużo?Syn. Jedyną różnicą była obecność lub brak mikroflory jelitowej. Po usunięciu mikrobiomu myszy mają normalne zdolności motoryczne, nawet przy nadprodukcji „Syn”.

„Wszystkie trzy charakterystyczne cechy choroby Parkinsona zniknęły w modelach wolnych od zarazków” — mówi Sampson. „Teraz byliśmy całkiem pewni, że bakterie jelitowe regulują, a nawet są wymagane w przypadku objawów PD. Chcieliśmy więc wiedzieć, jak to się dzieje”.

Zamknięto pętlę

Kiedy bakterie jelitowe rozkładają błonnik pokarmowy, wytwarzają cząsteczki zwane krótkołańcuchowymi kwasami tłuszczowymi (SCFA), takie jak octan i maślan. Wcześniejsze badania wykazały, że cząsteczki te mogą również aktywować odpowiedzi immunologiczne w mózgu.

Dlatego badacze postawili hipotezę, że brak równowagi w poziomach SCFA reguluje zapalenie mózgu i inne objawy choroby Parkinsona. Rzeczywiście, gdy myszy wolne od zarazków karmiono SCFA, komórki zwane mikroglejem – które są komórkami odpornościowymi znajdującymi się w mózgu – uległy aktywacji. Takie procesy zapalne mogą powodować nieprawidłowe działanie lub nawet śmierć neuronów. W rzeczywistości myszy wolne od zarazków karmione SCFA wykazywały obecnie niepełnosprawność ruchową i agregację βSyn w obszarach mózgu powiązanych z chorobą Parkinsona.

W końcowym zestawie eksperymentów Mazmanian i jego grupa współpracowali z Ali Keshavarzianem, gastroenterologiem z Rush University w Chicago, aby uzyskać próbki kału od pacjentów z chorobą Parkinsona i od zdrowych osób z grupy kontrolnej. Próbki ludzkiego mikrobiomu przeszczepiono myszom wolnym od zarazków, które następnie zaczęły wykazywać nadzwyczajne objawy PD. Te myszy wykazywały również wyższy poziom SCFA w kale. Z kolei przeszczepione próbki kału od zdrowych osób nie wywoływały objawów PD, w przeciwieństwie do myszy będących nosicielami bakterii jelitowych od pacjentów z PD.

„To naprawdę zamknęło nam pętlę” — mówi Mazmanian. „Dane sugerują, że zmiany w mikrobiomie jelitowym są prawdopodobnie czymś więcej niż tylko konsekwencją PD. To prowokacyjne odkrycie, które wymaga dalszych badań, ale fakt, że można przeszczepić mikrobiom człowieka myszom i przenieść objawy, sugeruje, że bakterie są głównym czynnikiem przyczyniającym się do chorób”.

Naukowcy twierdzą, że odkrycia mają ważne implikacje dla leczenia choroby Parkinsona.

„W przypadku wielu schorzeń neurologicznych konwencjonalne podejście do leczenia polega na wprowadzeniu leku do mózgu. Jeśli jednak PD rzeczywiście nie jest spowodowane wyłącznie zmianami w mózgu, ale zamiast tego zmianami w mikrobiomie, być może trzeba będzie po prostu podać leki do jelit, aby pomóc pacjentom, co jest znacznie łatwiejsze” – mówi Mazmanian.

Takie leki mogą być zaprojektowane tak, aby modulować poziomy SCFA, dostarczać korzystne probiotyki lub usuwać szkodliwe organizmy. „Ta nowa koncepcja może prowadzić do bezpieczniejszych terapii z mniejszą liczbą skutków ubocznych w porównaniu z obecnymi metodami leczenia”.

Fundusze pochodziły z Fundacji Larry'ego L. Hillbloma, Fundacji Knuta i Alice Wallenbergów, Szwedzkiej Rady Badawczej, państwa Larry Field, Heritage Medical Research Institute oraz National Institutes of Health.

Źródło: Caltech

Powiązane książki:

at Rynek wewnętrzny i Amazon