科学家探索遗传学,肠道微生物和记忆之间的联系

一项新的研究是追踪遗传学,肠道微生物组和小鼠模型中的遗传学之间的分子联系的分子联系,以类似于人口的多样性。

虽然先前已经发现了肠道微生物组和大脑之间的诱惑链接,但是来自两个美国能源部的研究人员团队,国家实验室发现了肠道和大脑之间有形联系的新证据。该团队鉴定了乳酸盐,由所有物种的一个肠道微生物产生的分子,作为钥匙记忆升压分子信使。工作 发表了 4月17日在BMC Microbiome期刊中。

“我们的研究表明,微生物组可能与遗传学合作以影响记忆,”太平洋西北地区国家实验室(PNNL)的微生物生态学家珍妮特·詹森说,以及该研究的通讯作者。

科学家们知道,已经喂养了益处健康,称为益生菌的微生物的小鼠,经历了几个积极的好处。科学家们还知道微生物生产通过血液行进的分子,并充当影响身体其他部位的化学信使,包括大脑。然而,目前尚不清楚哪种特定的微生物和微生物分子使者在现在可能影响记忆。

“挑战是,小鼠的独特遗传化妆和环境条件也会影响其记忆和微生物组,”劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)和合作作者的生物科学家Antoine Snijders表示。 “要知道是否有微生物分子影响记忆,我们需要了解遗传学和微生物组之间的相互作用。”

这  微生物组的影响 他补充说,在记忆中是一个非常活跃的研究区,在过去五年中发表了100多篇论文,普通益生菌与记忆之间的联系。

鼠标遗传学影响记忆和肠道微生物组

在他们开始狩猎可能参与内存改善的分子之前,jansson,snijders及其同事需要确定遗传学如何影响记忆。

研究人员开始了一系列称为协作十字的小鼠。它们培育了29种不同的小鼠菌株以模仿人口的遗传和物理多样性。它包括不同尺寸,涂层颜色和倾向的小鼠(例如,胆小或粗体)。研究人员还知道每个菌株的基因组序列。

首先,该团队给出了每种小鼠的每个小鼠的记忆测试。然后,它们筛选每个菌株进行遗传变化,并将这些变化与记忆结果相关联。他们发现两组与记忆相关的基因。一个是一种影响认知的一组新的候选基因,而另一组基因已经已知。

接下来,研究人员分析了每种菌株的肠道微生物组,因此它们可以与它们已经存在的遗传和记忆链接进行微生物连接。他们确定了四个与改善记忆相关的微生物。其中最常见的是乳酸杆菌,L. Reuteri。

为了测试这一协会,研究人员将L. Reuteri喂给无菌小鼠,没有任何肠道微生物,然后测试小鼠的记忆。它们相对于未喂食微生物的无菌小鼠的显着改善。当他们喂养另外两种乳酸杆菌之一时,他们还发现了同样的改善。

“虽然先前报道了乳酸杆菌和内存之间的联系,但我们也在这种无偏的遗传屏中独立地发现它,”Snijders说。 “这些结果表明,大部分对照记忆中的遗传变异,以及穿过菌株的肠道微生物组成的差异。”

饮食和益生菌促进记忆

最后,研究人员希望确定哪些与内存增强有关的微生物相关分子。他们分析了从无菌小鼠的粪便,血液和脑组织中喂养特定物种的乳杆菌。乳酸是常见的代谢分子副产物之一;它也是所有乳酸杆菌菌株产生的分子。

喂养的团队乳酸到以前确定的小鼠有差的记忆,并注意到他们的内存得到了改善。喂养乳酸或乳酸杆菌的小鼠还增加了γ-氨基丁酸(GABA)的水平,分子使命与其脑中的记忆形成相关。

研究人员也可以看出同样的分子机制,研究人员在卢森堡大学联系Paul Wilmes,他们开发了一种微小的芯片,微生物与人类肠组织相互作用。当威尔莫斯和他的同事在这个芯片中测试了L. Reuteri时,他们看到微生物产生的乳酸乳酸通过人体肠组织行进,表明它可以进入血液并可能前往大脑前往大脑。

“虽然这项研究加强了饮食,遗传和行为的想法 - 如同内存 - 所连接的,但需要进一步的工作来展示乳酸杆菌是否可以改善人类的记忆,”詹森说。

Snijders同意了,补充说,有一天可以使用益生菌来改善有针对性种群的记忆,例如学习障碍和神经变性障碍的人。

这项工作由海军研究办公室资助,伯克利实验室的实验室导向的研发(LDRD)计划和PNNL的LDRD计划。



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