Den direkten Dialog zwischen der Darmflora und dem Gehirn entschlüsseln Presseraum

Ein Diagramm, das den direkten Dialog zwischen der Darmmikrobiota und dem Gehirn zeigt

© Institut Pasteur / Pascal Marseaud

Aus der Darmmikrobiota gewonnene Produkte gelangen in den Blutkreislauf und modulieren die physiologischen Prozesse des Wirts, wie Immunität, Stoffwechsel und Gehirnfunktion. Wissenschaftler des Pasteur-Instituts (Partnerforschungsorganisation Université Paris Cité), Inserm und CNRS fanden in einem Tiermodell heraus, dass Hypothalamus-Neuronen Veränderungen in der Bakterienaktivität direkt erkennen und Appetit und Körpertemperatur entsprechend anpassen. Diese Ergebnisse weisen auf die Existenz eines direkten Dialogs zwischen der Darmmikrobiota und dem Gehirn hin, eine Entdeckung, die für neue Therapieansätze gegen Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes oder Fettleibigkeit genutzt werden könnte. Diese Ergebnisse werden in veröffentlicht Wissenschaft 15. April 2022.

Die Darmflora ist das größte Bakterienreservoir im Körper. Immer mehr Studien zeigen, wie abhängig der Wirt und seine Darmmikrobiota voneinander sind und betonen die Bedeutung der Darmachse und des Gehirns.

Am Institut Pasteur haben Neurobiologen der Perception and Memory Unit (Institut Pasteur / CNRS)[1]Immunbiologen der Einheit für Mikroumgebung und Immunität (Institut Pasteur / Inserm) und Mikrobiologen der Einheit für Biologie und Genetik der Bakterienwand (Institut Pasteur / CNRS / Inserm)[2] Sie bündelten ihr Fachwissen, um zu verstehen, wie Darmbakterien einen direkten Einfluss auf die Aktivität bestimmter Neuronen im Gehirn haben können.

Wissenschaftler interessierten sich besonders für den NOD2-Rezeptor (Nukleotid-Oligomerisierungsdomäne) das in Zellen vorhanden ist, insbesondere in Immunzellen. Dieser Rezeptor erkennt das Vorhandensein von Muropeptiden, Verbindungen von Bakterienwänden, die als Produkte angesehen werden können, die aus der Darmmikrobiota stammen.

Darüber hinaus war bereits bekannt, dass Varianten des Gens, das den NOD2-Rezeptor codiert, mit bestimmten Erkrankungen des Verdauungssystems wie Morbus Crohn, aber auch mit bestimmten neurologischen Erkrankungen oder Stimmungsstörungen in Verbindung gebracht werden.

Diese Daten haben es noch nicht ermöglicht, auf einen direkten Zusammenhang zwischen der Funktion von Neuronen im Gehirn und der bakteriellen Aktivität des Darms zu schließen. Dies wurde in dieser neuen Studie eines Konsortiums von Wissenschaftlern hervorgehoben.

Mithilfe von bildgebenden Verfahren des Gehirns bemerkten die Wissenschaftler zunächst bei Mäusen, dass der NOD2-Rezeptor von Neuronen in verschiedenen Regionen des Gehirns exprimiert wird, insbesondere in einem Zentrum namens Hypothalamus. Sie entdeckten dann, dass dieselben Neuronen ihre elektrische Aktivität unterdrückt sehen, wenn sie auf bakterielle Muropeptide aus dem Darm treffen. Muropeptide werden von Bakterien freigesetzt, wenn sie sich vermehren. ” Muropeptide, die im Darm, Blut und Gehirn vorhanden sind, gelten als Marker für die bakterielle Proliferation erklärt Ivo G. Boneca, Leiter der Abteilung für Biologie und Genetik, Abteilung für Bakterienwand am Institut Pasteur (CNRS / Inserm).

Im Gegensatz dazu werden bei einem Defekt des NOD2-Rezeptors diese Neuronen nicht mehr durch Muropeptide unterdrückt; das Gehirn verliert dann die Kontrolle über Nahrungsaufnahme und Körpertemperatur.

Infolgedessen nehmen Mäuse zu und entwickeln mit größerer Wahrscheinlichkeit Typ-2-Diabetes, insbesondere bei älteren Weibchen.

Überraschenderweise haben Wissenschaftler hier gezeigt, dass es die Neuronen sind, die bakterielle Muropeptide direkt wahrnehmen, während diese Aufgabe im Allgemeinen den Zellen des Immunsystems zugesprochen wird. ” Es ist erstaunlich zu entdecken, dass Bakterienfragmente direkt auf ein so strategisches Nervenzentrum wie den Hypothalamus einwirken, der dafür bekannt ist, lebenswichtige Funktionen wie Körpertemperatur, Fortpflanzung, Hunger oder Durst zu steuern. kommentiert Pierre-Marie Lledo, CNRS-Forscher und Leiter der Abteilung Wahrnehmung und Gedächtnis am Institut Pasteur.

Daher scheinen Neuronen die bakterielle Aktivität (Proliferation und Tod) zu erkennen, um direkt die Auswirkungen der Nahrungsaufnahme auf das Darmökosystem zu messen. ” Es ist möglich, dass eine übermäßige Nahrungsaufnahme oder bestimmte Lebensmittel eine übermäßige Vermehrung bestimmter Bakterien oder Krankheitserreger fördern und somit das Darmgleichgewicht beeinträchtigen.betont Gérard Eberl, Leiter der Abteilung Mikroumgebung und Immunität am Institut Pasteur (Inserm).

Angesichts des Einflusses von Muropeptiden auf hypothalamische Neuronen und Stoffwechsel kann man ihre Rolle in anderen Gehirnfunktionen hinterfragen und so den Zusammenhang zwischen bestimmten Gehirnerkrankungen und genetischen Varianten von NOD2 verstehen. Diese Entdeckung ebnet den Weg für neue interdisziplinäre Projekte für drei Forschungsteams und schließlich für neue Therapieansätze gegen Hirnerkrankungen oder Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes und Fettleibigkeit.

[1] Eine Forschungseinheit, auch bekannt als „Genes, Synapses and Cognition“ (Institut Pasteur / CNRS).
An diesen Ergebnissen war auch das Institut für Gehirn und Rückenmark (CNRS / Inserm / Universität Sorbonne / AP-HP) beteiligt.

[2] Zweiter Name der CNRS-Einheit: „Integrative and Molecular Microbiology“, zweiter Name der Inserm-Einheit: „Wirt-Mikroben-Interaktionen und Pathophysiologie“ (Institut Pasteur / CNRS / Inserm).

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