В последнее десятилетие исследователи начали понимать важность двусторонней связи между микробами в желудочно-кишечном тракте и мозгом, известной как "ось кишечник-мозг". Эти "разговоры" могут изменять работу этих органов и включают в себя сложную сеть химических сигналов, производимых микробами и мозгом, которые ученым трудно разделить для того, чтобы достичь понимания.

"В настоящее время трудно определить, какие виды микробов приводят к конкретным изменениям в мозге живого организма", - сказал первый автор исследования, доктор Томас Д. Хорват, преподаватель патологии и иммунологии в Медицинском колледже Бейлора и Техасской детской больнице. "Здесь мы представляем ценный инструмент, который позволяет исследовать связи между микробами кишечника и мозгом. Наш лабораторный протокол позволяет идентифицировать и всесторонне оценить метаболиты - соединения, вырабатываемые микробами - на клеточном уровне и на уровне всего животного".

В желудочно-кишечном тракте обитает богатое и разнообразное сообщество полезных микроорганизмов, известное под общим названием микробиота кишечника. В дополнение к их роли в поддержании среды кишечника, микробы кишечника получают все большее признание за их влияние на другие отдаленные органы, включая мозг.

"Микробы кишечника могут взаимодействовать с мозгом несколькими путями, например, вырабатывая метаболиты, такие как короткоцепочечные жирные кислоты и пептидогликаны, нейротрансмиттеры, такие как гамма-аминомасляная кислота и гистамин, и соединения, модулирующие иммунную систему, а также другие", - говорит соавтор первого исследования доктор Мелинда А. Энгевик, доцент кафедры регенеративной и клеточной медицины Медицинского университета Южной Каролины.

Роль, которую играют микробы в здоровье центральной нервной системы, подчеркивается связями между микробиомом кишечника и тревожностью, ожирением, аутизмом, шизофренией, болезнью Паркинсона и болезнью Альцгеймера.

"Животные модели играют первостепенную роль в установлении связи между микробами и этими фундаментальными нейронными процессами", - говорит соавтор исследования д-р Дженнифер К. Спинлер, доцент кафедры патологии и иммунологии в Бэйлоре и Техасском центре микробиома Детской больницы. Протокол данного исследования позволяет исследователям сделать шаги к разгадке конкретного участия оси "кишечник-мозг" в этих заболеваниях, а также ее роли в здоровье".
Дорожная карта для понимания сложной системы движения в оси кишечник-мозг

Одна из стратегий, которую исследователи использовали для того, чтобы понять, как один вид микробов может влиять на кишечник и мозг, заключалась в том, что сначала микробы выращивали в лаборатории, собирали вырабатываемые ими метаболиты и анализировали их с помощью масс-спектрометрии и метаболомики. Масс-спектрометрия - это лабораторный метод, который можно использовать для идентификации неизвестных соединений путем определения их молекулярного веса и количественного определения известных соединений. Метаболомика - это метод крупномасштабного изучения метаболитов.

"Влияние метаболитов затем изучалось в мини-кишках - лабораторной модели клеток кишечника человека, которая сохраняет свойства тонкой кишки и является физиологически активной", - сказал Энгевик. "Кроме того, метаболиты микроба можно изучать на живых животных".

"Мы можем расширить наше исследование до сообщества микробов", - сказал Спинлер. Таким образом, мы исследуем, как микробные сообщества работают вместе, взаимодействуют и влияют на хозяина". Этот протокол дает исследователям "дорожную карту" для понимания сложной системы движения между кишечником и мозгом и ее последствий".

"Мы смогли создать этот протокол благодаря большому междисциплинарному сотрудничеству с участием клиницистов, поведенческих ученых, микробиологов, ученых молекулярной биологии и специалистов по метаболомике", - сказал Хорват. "Мы надеемся, что наш подход поможет создать дизайнерские сообщества полезных микробов, которые могут способствовать поддержанию здорового организма. Наш протокол также предлагает способ определить потенциальные решения, когда нарушение коммуникации между кишечником и мозгом приводит к болезни".

Работа опубликована в журнале Nature Protocols.