«Все больше исследований показывает, что мыши или другие образцовые организмы с изменениями в их микробах пищеварительного тракта показывают измененные поведения», объясняет Элейн Сяо, преподаватель научного сотрудника биологии и биологический технический и ведущий автор исследования. «Мы интересуемся тем, как микробы общаются с нервной системой. Чтобы начаться, мы исследовали идею, что нормальные микробы пищеварительного тракта могли влиять на уровни нейромедиаторов в их хозяевах».Периферийный серотонин произведен в пищеварительном тракте enterochromaffin (EC) клетки и также конкретными типами иммуноцитов и нейронов.
Сяо и ее коллеги сначала хотели знать, имеют ли микробы пищеварительного тракта какой-либо эффект на производство серотонина в пищеварительном тракте и, если так, в который типы клеток. Они начали, измерив периферийные уровни серотонина у мышей с нормальными популяциями бактерий пищеварительного тракта и также у мышей без микробов, которые испытывают недостаток в этих оседлых микробах.
Исследователи нашли, что клетки EC от мышей без микробов произвели приблизительно на 60 процентов меньше серотонина, чем сделал их пэров с обычными бактериальными колониями. Когда эти мыши без микробов были повторно колонизированы с нормальными микробами пищеварительного тракта, уровни серотонина возвратились – показывающий, что дефицит в серотонине может быть полностью изменен.«Клетки EC – богатые источники серотонина в пищеварительном тракте. То, что мы видели в этом эксперименте, – то, что они, кажется, зависят от микробов, чтобы сделать серотонин – или по крайней мере значительная часть его», говорит Джессика Яно, первый автор на бумаге и лаборант-исследователь, работающий с Сяо.
Исследователи затем хотели узнать, взаимодействуют ли определенные виды бактерий, из разнообразного объединения микробов, которые населяют пищеварительный тракт, с клетками EC, чтобы сделать серотонин.После тестирования нескольких различных единственных разновидностей и групп известных микробов пищеварительного тракта, Яно, Сяо и коллеги заметили что одно условие – присутствие группы приблизительно из 20 видов формирующих спору бактерий – поднятые уровни серотонина у мышей без микробов.
Мыши отнеслись с этой группой, также показал увеличение моторики пищеварительного тракта по сравнению с их коллегами без микробов и изменения в активации тромбоцитов, которые, как известно, используют серотонин, чтобы способствовать свертыванию.Желая сконцентрироваться на механизмах, которые могли быть вовлечены в это интересное сотрудничество между микробом и хозяином, исследователи начали искать молекулы, которые могли бы быть ключевыми. Они определили несколько конкретных метаболитов – продукты метаболизма микробов – которые были отрегулированы формирующими спору бактериями, и это подняло серотонин от клеток EC в культуре. Кроме того, увеличение этих метаболитов у мышей без микробов увеличило их уровни серотонина.
Предыдущая работа в области указала, что некоторые бактерии могут сделать серотонин всеми собой. Однако это новое исследование предполагает, что так большая часть серотонина тела полагается на конкретные бактерии, которые взаимодействуют с хозяином, чтобы произвести серотонин, говорит Яно. «Наша работа демонстрирует, что микробы, обычно существующие в пищеварительном тракте, стимулируют хозяина клетки кишечника, чтобы произвести серотонин», объясняет она.«В то время как связи между микробиомом и свободными и метаболическими системами хорошо ценятся, исследование ролевой игры микробов пищеварительного тракта в формировании нервной системы является захватывающей границей в биологических науках», говорят Саркис К. Мэзмэниэн, Луис Б. и профессор Нелли Сукс Микробиологии и соавтор на исследовании. «Эта работа изящно расширяет предыдущее оригинальное исследование из Калифорнийского технологического института в этой появляющейся области».
Дополнительный соавтор Рустем Исмагилов, профессор Этель Уилсон Боулз и Роберта Боулза Химии и Химического машиностроения, добавляет, «Эта работа иллюстрирует и богатство химических взаимодействий между хозяевами и их микробными сообществами, и научную широту доктора Сяо и сообразительность в продвижении этой работы».Серотонин важен для многих аспектов здоровья человека, но Сяо предостерегает, что так намного больше исследования необходимо, прежде чем любой из этих результатов может быть переведен в клинику.«Мы определили группу бактерий, которая, кроме увеличивающегося серотонина, вероятно имеет другие эффекты все же, чтобы быть исследованной», говорит она. «Кроме того, Есть условия, где избыток периферийного серотонина, кажется, вреден».
Хотя это исследование было ограничено серотонином в пищеварительном тракте, Сяо и ее команда теперь занимаются расследованиями, как этот механизм мог бы также быть важен для развивающегося мозга. «Серотонин – важный нейромедиатор и гормон, который вовлечен во множество биологических процессов. Открытие, что микробы пищеварительного тракта модулируют уровни серотонина, поднимает интересную перспективу использования их, чтобы стимулировать изменения в биологии», говорит Сяо.