Связь между мозгом и микробиотой при гомеостазе регулируется химическими медиаторами и метаболитами микробного происхождения, которые прямо или косвенно передают сигналы в мозг.
Однако во время гомеостаза жизнеспособные микроорганизмы могут просачиваться из кишечника, образуя сложные микробные сообщества в тканях, расположенных дистальнее кишечника, включая лимфатические узлы и печень, как показывают исследования на млекопитающих. Тем не менее, наличие микробных сообществ в мозге позвоночных остается весьма спорным и ассоциируется только с патологическими состояниями. Доказательства присутствия микроорганизмов в мозге пациентов с некоторыми патологиями накапливаются, но вопрос о том, находится ли микробиом мозга в состоянии гомеостаза, остается без ответа.
Исследователи из Университета Нью-Мексико выявили наличие бактерий в мозге здоровых рыб. Понимание этой связи между бактериями и мозгом животных может в будущем повлиять на изучение болезни Альцгеймера. Руководитель исследования Ирен Салинас долгое время изучала иммунную систему слизистых оболочек позвоночных животных. Ее лаборатория, которая в основном работает с радужной форелью, исследует взаимодействие между иммунной и нервной системами, что является направлением, называемым нейроиммунологией. Она также фокусируется на взаимодействии хозяина и микробиоты, другими словами, на том, как микробы, живущие в симбиозе с животными, модулируют нервные и иммунные функции.
В течение нескольких лет группа Салинас пристально изучала нейроиммунные взаимодействия в обонятельно-мозговой оси рыб и в 2019 году они начали интересоваться влиянием бактерий на мозг и тем, могут ли бактерии из носовой полости рыб попадать в мозг. Опираясь на результаты предыдущих исследований, они быстро обнаружили, что у здоровых рыб бактерии содержатся в крови и других внутренних органах. «Наша первоначальная гипотеза заключалась в том, что мы можем обнаружить бактерии в части мозга, называемой обонятельной луковицей, которая представляет собой часть мозга, связанную с полостью носа», - рассказывает Салинас. «Однако мы не ожидали увидеть бактерии в других частях мозга. На самом деле обонятельная луковица оказалась той областью, где количество бактерий в мозге было наименьшим».
Исследование «Микробиом мозга лососевых рыб в состоянии гомеостаза», опубликованное недавно в журнале Science Advances, подробно описывает живое бактериальное сообщество в мозге здоровых лососевых рыб. Бактерии в мозге здоровых лососевых присутствуют с плотностью, аналогичной селезенке, и, как и ожидалось, гораздо ниже, чем в кишечнике. Откуда же берутся бактериальные сообщества мозга? Проведя вычислительный анализ, авторы определили, что более 50% бактериального разнообразия в мозге рыб можно отнести к сообществам бактерий кишечника и крови. В ходе исследования авторы смогли визуализировать бактерии с помощью флуоресцентной микроскопии и при этом было показано, что некоторые из них пересекали гематоэнцефалический барьер. Это подтвердило предположения о том, что кровь, скорее всего, является очень важным каналом для проникновения бактерий в мозг. Это также позволило предположить, что бактерии в мозге рыб могут регулярно пополняться из крови.
Хотя уже в ходе первых экспериментов в мозге форели была обнаружена бактериальная ДНК, крайне важно было показать, что эти бактерии живые. Используя культуральные эксперименты, ученые выделили более 50 бактериальных изолятов из мозга здоровой форели. Чтобы подтвердить свои выводы, сделанные на лабораторной радужной форели, сотрудники Салинас исследовали несколько других видов лососевых из разных уголков мира, включая форель Гила из Нью-Мексико, чавычу из Орегона в ее естественной среде обитания, атлантического лосося из Норвегии и радужную форель из Чехии. Во всех случаях бактерии были обнаружены в мозге здоровых рыб, что подтверждает открытие ученых. При этом исследователи приняли все меры предосторожности, чтобы убедиться, что бактерии, которые они извлекали из мозга рыб, действительно находились в мозге, а не были артефактом контаминации.
Это исследование имеет большое значение, поскольку показывает, что бактерии естественным образом присутствуют в мозге рыб, не причиняя им вреда. Это открытие может помочь ученым лучше понять, как бактерии взаимодействуют с мозгом других позвоночных, включая людей. Исследователи считают, что это может помочь разобраться в таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера, при которой предыдущие исследования обнаружили бактерии в мозге больных людей.
"Мы показали, что у лососевых рыб микробиота непосредственно колонизирует ткани мозга и демонстрирует некоторые признаки адаптации к этой нише. Хотя точные физиологические последствия присутствия бактерий в мозге лососевых еще не до конца изучены, наши результаты позволяют предположить, что микробиота регулирует работу их мозга не только через каноническую ось «кишечник-мозг», но и путем прямой колонизации этого органа. Наша работа открывает возможности для исследований в области понимания нейромодуляции, обусловленной микробиотой, как в природных системах, так и у культивируемых рыб», - отмечает Салинас.
