Hur tarmbakterier är kopplade till motorfärdigheter i Parkinsons

Forskare har för första gången upptäckt en funktionell länk mellan bakterier i tarmarna och Parkinsons sjukdom.

Förändringar i kompositionen av bakteriepopulationerna i magen - eller kanske tarmbakterier själva - bidrar aktivt till, och kan till och med orsaka, försämringen av motoriska färdigheter som är kännetecknet för denna sjukdom. Resultaten har djupa konsekvenser för behandling av Parkinsons, säger forskare.

Parkinsons drabbar 1 miljon människor i USA och upp till 10 miljoner över hela världen, vilket gör det till den näst vanligaste neurodegenerativa sjukdomen. Karakteristiska egenskaper inkluderar skakningar och svårigheter att gå, aggregering av ett protein som kallas alfa-synuklein (?Syn) i celler i hjärnan och tarmen, och närvaron av inflammatoriska molekyler som kallas cytokiner i hjärnan. Dessutom har 75 procent av personer med sjukdomen gastrointestinala avvikelser, främst förstoppning.

"Tarmarna är ett permanent hem till ett varierat samhälle av fördelaktiga och ibland skadliga bakterier, känd som mikrobiomen, som är viktigt för immun och nervsystems utveckling och funktion", säger Sarkis Mazmanian, professor i mikrobiologi vid California Institute of Teknologi.

"Anmärkningsvärt är 70-procenten av alla neuroner i det perifera nervsystemet - det vill säga inte hjärnan eller ryggmärgen - i tarmarna och tarmen är nervsystemet nervöst och är direkt kopplat till centrala nervsystemet via vagusnerven. Eftersom GI-problem ofta förekommer mot motorsymptomen under många år, och eftersom de flesta PD-fall orsakas av miljöfaktorer, antog vi att bakterier i tarmen kan bidra till PD. "


innerself prenumerera grafik


Germfria möss

För att testa detta använde forskarna möss som överproducerar ?Syn och visar symptom på Parkinsons. En grupp möss hade ett komplext konsortium av tarmbakterier; de andra, kallade bakteriefria möss, föddes upp i en helt steril miljö och saknade därmed tarmbakterier. Forskarna lät båda grupperna av möss utföra flera uppgifter för att mäta sina motoriska färdigheter, som att springa på löpband, korsa en stråle och gå ner från en stolpe. De bakteriefria mössen presterade betydligt bättre än mössen med en komplett mikrobiom.

"Detta var eureka-ögonblicket."

"Detta var eureka-ögonblicket", säger Timothy Sampson, en postdoktor i biologi och bioteknik och första författare av tidningen i tidningen Cell. ”Mössen var genetiskt identiska; båda grupperna tjänade för mycket ?Syn. Den enda skillnaden var närvaron eller frånvaron av tarmmikrobiota. När du väl har tagit bort mikrobiomet har mössen normala motoriska färdigheter även med överproduktion av "Syn."

"Alla tre av de främsta egenskaperna hos Parkinsons var borta i de bakteriefria modellerna, säger Sampson. "Nu var vi ganska säkra på att tarmbakterier reglerar, och är till och med nödvändiga för, symtom på PD. Så vi ville veta hur det händer. "

Stängde slingan

När gut bakterier bryter ner dietfibrer, producerar de molekyler som kallas kortkedjiga fettsyror (SCFA), såsom acetat och butyrat. Tidigare forskning har visat att dessa molekyler också kan aktivera immunsvar i hjärnan.

Så, forskare antog att en obalans i nivåerna av SCFA reglerar hjärninflammation och andra symtom på PD. Faktum är att när bakteriefria möss matades med SCFA, aktiverades celler som kallas mikroglia - som är immunceller som finns i hjärnan. Sådana inflammatoriska processer kan orsaka att neuroner inte fungerar eller till och med dör. Faktum är att bakteriefria möss som matades med SCFA nu visade motoriska funktionshinder och ?Syn-aggregation i delar av hjärnan kopplade till PD.

I en sista uppsättning experiment samarbetade Mazmanian och hans grupp med Ali Keshavarzian, en gastroenterolog vid Rush University i Chicago, för att få fekalprover från patienter med PD och från hälsosamma kontroller. De humana mikrobiomaproverna transplanterades till bakteriefria möss, vilka sedan märkbart började uppvisa symtom på PD. Dessa möss visade också högre nivåer av SCFA i deras avföring. Transplanterade fekalprover från friska individer utlöste däremot inte PD-symtom, till skillnad från möss som höll tarmbakterier från PD-patienter.

"Det här stängde verkligen slingan för oss, säger Mazmanian. "Data tyder på att förändringar i tarmmikrobiomen sannolikt är mer än bara en följd av PD. Det är ett provocerande resultat som behöver undersökas ytterligare, men det faktum att du kan transplantera mikrobiomen från människor till möss och överföra symtom tyder på att bakterier är en viktig bidragsyter till sjukdom. "

Resultaten har viktiga konsekvenser för behandling av Parkinsons, säger forskarna.

"För många neurologiska förhållanden är det konventionella behandlingsmetoden att få ett läkemedel i hjärnan. Om PD emellertid inte enbart orsakas av förändringar i hjärnan utan istället av förändringar i mikrobiomen, så behöver du bara få droger i tarmen för att hjälpa patienter, vilket är mycket lättare att göra, säger Mazmanian.

Sådana droger kan utformas för att modulera SCFA-nivåer, leverera fördelaktiga probiotika eller avlägsna skadliga organismer. "Det nya konceptet kan leda till säkrare behandlingar med färre biverkningar jämfört med aktuella behandlingar."

Finansiering kom från Larry L. Hillblom Foundation, Knut och Alice Wallenberg Foundation, Vetenskapsrådet, Herr och Fru Larry Field, Heritage Medical Research Institute och National Institute of Health.

Källa: Caltech

Relaterade böcker:

at InnerSelf Market och Amazon