есть ли бактерии в мозге

Американские медики обнаружили микрофлору мозга. Раньше считалось, что ее имеют только слизистые

Многие десятилетия биологи считали, что микрофлору имеют только органы, покрытые слизистой оболочкой. В новом исследовании медики из Университета Алабамы в Бирмингеме заявили, что обнаружили не просто отдельные бактерии в мозге, а полноценную микрофлору.

Читайте «Хайтек» в

Американские медики на ежегодной встрече Общества нейронаук в Сан-Диего продемонстрировали микрофотографии тканей человека и мышей со здоровым мозгом, в них находятся клетки бактерий. По словам ведущего ученого этого исследования Розалинды Робертс, первые аналогичные наблюдения были сделаны еще пять лет назад, когда на срезе мозга умершего человека медики обнаружили мельчайшие следы объектов в форме палочек.

Спустя пять лет дополнительных исследований на мозгах 34 умерших людей, из которых половина была больна шизофренией, ученые пришли к выводу, что человеческий мозг все же имеет собственную микрофлору. При этом бактерии населяют не нейроны, а астроциты — клетки, поддерживающие работу нервных окончаний. Кроме того, большое количество клеток содержалось в сосудах, которые поддерживали работу гемато-энцефалического барьера, а также в клетках, окружающих миелинизированные отростки нейронов.

Все найденные бактерии имели форму стержня и содержали обычные для этих микроорганизмов части — капсулу, нуклеоид, рибосомы и вакуоли.

Пока до конца неизвестно, как бактерии преодолевают защитный гемато-энцефалический барьер, который должен полностью обезопасить мозг от внешнего бактериологического воздействия. Одной из гипотез, которую выдвинула группа Робертс, является проникание микробов в мозг из кишечной среды по кровеносным сосудам и нервным волокнам. Для исследования этой гипотезы они изучили мозг лабораторных мышей, у которых тоже нашлись бактерии, преодолевающие гемато-энцефалический барьер. При этом у стерильных мышей, которым полностью убрали нормальную кишечную микрофлору, в мозге бактерий тоже не было.

Пока что выводы американских медиков предварительные, поскольку для полноценного утверждения, что в человеческом мозге есть собственная микрофлора, необходимо провести еще множество исследований. Кроме того, бактерии могли попадать в мозг при хирургическом вмешательстве, однако исследования проводились в максимально стерильных условиях. Однако в случае, если гипотеза Робертс подтвердится, это может стать революцией в медицине и тянуть на Нобелевскую премию, считают эксперты.

Источник

Микробы колонизировали не только наше тело, но и наш мозг?

Сейчас много говорят о микробиоме человека – сообществе микроорганизмов нашего тела, обитающих в кишечнике, на коже, в половых органах. Эти многочисленные квартиранты оказывают серьезное влияние на наше здоровье, вырабатывая витамины, помогая переваривать пищу, защищая от агрессоров. Более того, бактерии кишечника даже могут опосредовано влиять на наше настроение и поведение. Но оказывают ли подобные симбиотические микроорганизмы прямое воздействие на мозг? Другими словами, существует ли «мозговой микробиом»?

В человеческом организме «проживают» буквально килограммы микроорганизмов: считается, что из каждых десяти клеток в нашем теле девять нам не принадлежат Однако до недавнего времени мозг считался в этом смысле «запретной территорией». Защитный гематоэнцефалический барьер работает как высокоизбирательный фильтр, препятствуя проникновению в этот важный орган не только многих химических веществ, но и бактерий и вирусов. Хотя бывают и исключения: некоторым патогенным бактериям и вирусам все же удается проникнуть в мозг, что приводит к тяжелым заболеваниям.

Так или иначе, но до недавнего времени в препаратах тканей мозга бактерий в норме не находили. Но, может быть, просто плохо смотрели, или не смогли их распознать? Пять лет назад одна из сотрудниц группы ученых из Университета Алабамы в Бирмингеме (США), изучавшей с помощью электронного микроскопа срезы мозга больных шизофренией, обнаружила в них странные объекты, которые лишь много позже были идентифицированы как бактерии.

На сегодня исследователи обнаружили бактерии в каждом из исследованных 34 срезов мозга здоровых людей и больных шизофренией, теперь уже внимательно выискивая характерные бактериальные структуры.

Однако поверить, что в мозге обитают микроорганизмы, было трудно, так как существовала вероятность, что они могли проникнуть туда после смерти человека, но до отбора образцов мозговой ткани. Поэтому исследователи изучили мозг лабораторных мышей, изъятый сразу после смерти, и также обнаружили в нем бактерии. Зато бактерий не обнаружилось в мозге мышей, выращенных в стерильных условиях, что служит косвенным подтверждением, что микроорганизмы не проникают в образцы при их подготовке.

Тем не менее сами ученые признают, что считают свои результаты предварительными, и будут продолжать искать прямые доказательства, что обнаруженный ими феномен не является следствием загрязнения образцов на том или ином этапе работы.

Кстати сказать, в пользу существования мозгового микробиома говорит и специфическое распределение бактерий. В мозге человека они обнаруживались преимущественно возле астроцитов – звездообразных клеток, относящихся к «обслуживающему персоналу» нейронов, включая астроциты, участвующие в формировании гематоэнцефалического барьера, а также рядом с аксонами – длинными отростками нейронов, проводящими нервный импульс.

С помощью секвенирования РНК было установлено, что «мозговые» бактерии человека в основном относятся к тем же типам, что и кишечные бактерии: Firmicutes, Proteobacteria и Bacteroidetes. Как они могли попасть в мозг, можно только предполагать; не исключено, что в качестве «транспорта» они использовали нервные волокна.

Приносят ли бактерии мозгу пользу или вред, пока непонятно, но признаков воспаления или какой-то другой патологии в местах их скопления не обнаружено. Однако пока ученые не провели сравнительный анализ здоровых людей и больных шизофренией, поэтому нельзя судить, как влияют эти микроорганизмы на здоровье мозга. И если выяснится, что бактерии и здесь являются нашими обычными «сожителями», то, как полагают исследователи, они могут играть важную роль в регуляции иммунных процессов в мозговых тканях.

Источник

Могут ли кишечные бактерии «переехать» в мозг?

Мы знаем, что в нашем кишечнике обитает целый «зверинец» микробов. По-научному: микробиома. То, в каком состоянии она находится, очень сильно влияет на наше здоровье. А могли бы некоторые из тех же бактерий, что живут в кишечнике, «переехать» в другой дом – в наш мозг?

Об этом задумались ученые на ежегодной встрече Американского общества нейронаук, после того как увидели некоторые изображения, сделанные микроскопом высокого разрешения. На них показаны бактерии, которые, по-видимому, проникают в здоровый мозг человека и «обживают» его клетки. Работа является предварительной, и ее авторы с осторожностью отмечают, что образцы тканей, собранные у трупов, могли быть загрязнены. Но для многих прохожих в выставочном зале очень взволновала вероятность того, что бактерии могут напрямую влиять на процессы в мозге – и даже н неврологические заболевания.

«Это хит недели, – сказал невролог Рональд Макгрегор из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США), который не участвовал в работе. – Это похоже на совершенно новую молекулярную фабрику [в мозгу] с ее собственной жизнью. Это умопомрачительно».

Мозг – это защищенная среда, которая частично отделена от кровотока «стеной» из сети клеток, которые окружают его кровеносные сосуды. Бактерии и вирусы, которые могут проникнуть через этот гематоэнцефалический барьер (физиологический барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой), могут вызвать опасное для жизни воспаление. Некоторые исследования показали, что отдаленные микробы – те, что живут в нашем кишечнике, – могут косвенно влиять на настроение, поведение и даже на уровень риска неврологических заболеваний. Например, нарушение баланса микробиомы кишечника может увеличить производство белка-«изгоя», который может вызвать болезнь Паркинсона, если он перемещается по нерву, соединяющему кишечник с мозгом.

Пытаясь перекричать гул и гам, стоявший в выставочном зале, нейроанатом Розалинда Робертс из Университета Алабамы в Бирмингеме (США) рассказала присутствующим о предварительной находке, которая предполагает неожиданно близкие отношения между микробами и мозгом.

Лаборатория Робертс ищет различия между здоровыми людьми и людьми с шизофренией, исследуя кусочки мозговой ткани, сохраненные в течение нескольких часов после смерти людей. Около пяти лет назад нейробиолог Кортни Уокер, студентка в лаборатории Робертс, увлеклась неопознанными стержнеобразными объектами, которые проявились в мелко детализированных изображениях кусочков мозга, сделанных электронным микроскопом. Робертс видела подобные объекты и раньше. «Но я просто не обращала ни них внимания, потому что искала что-то другое», – говорит она.

Но Уокер настояла на том, что их нужно изучить, и Робертс начала консультироваться с коллегами из университета. В этом году бактериолог буквально ошарашил ее неожиданными новостями: странные объекты были бактериями. Дальше – больше. Робертс и ее команда обнаружили бактерии в каждом образце мозга, который они изучили. Всего ученые исследовали 34 органа: одна половина из них принадлежала здоровым людям, а другая – людям с шизофренией.

Робертс задалась вопросом, могли ли бактерии из кишечника просочиться по кровеносным сосудам в мозг в течение тех нескольких часов, которые прошли от смерти человека до удаления головного мозга. Поэтому она посмотрела на здоровые мозги мышей, которые были сохранены сразу же после смерти грызунов. Там оказалось еще больше бактерий. Затем она взглянула на головной орган стерильных мышей, в которых совсем нет микробов. В мозге их тоже не оказалось.

Секвенирование РНК показало, что большинство бактерий относились к трем типах, характерным для микробиомы кишечника: Firmicutes, Proteobacteria и Bacteroidetes. Робертс не знает, как эти бактерии могли попасть в мозг. Возможно, они «перекочевали» из кровеносных сосудов, двигаясь по нервам из кишечника или даже проникая через нос. И она не может сказать о том, полезны они или вредны. Ученый не видела признаков воспаления, чтобы предположить, что они причиняют вред. Но еще не было и количественного анализа бактерий в мозге, поврежденном шизофренией, и в здоровом мозге. Если окажется, что существуют значительные различия, в будущих исследованиях можно было бы изучить, как эта «микробиома мозга» может поддерживать здоровье мозга или угрожать ему.

В первоначальном обзоре электронных микрофотографий команда Робертса заметила, что у резидентных бактерий есть свои предпочтения. Оказалось, что они населяют звездообразные клетки – астроциты, которые взаимодействуют с нейронами и поддерживают их. В частности, микробы сгруппированы вокруг концов астроцитов, которые окружают кровеносные сосуды в гематоэнцефалическом барьере. Множество бактерий также «облепили» длинные проекции нейронов, которые покрыты жирным веществом – миелином. Робертс не может объяснить эти предпочтения, но задается вопросом: может быть, бактерии неравнодушны к жиру и сахару в этих клетках мозга?

Почему же другие исследователей не замечали бактерии в мозге? Одна из причин может заключаться в том, что мало кто из исследователей подвергает мозг после смерти его носителя электронной микроскопии, говорит Робертс. К тому же, неврологи могут, как и сама Робертс до недавнего времени, игнорировать или не распознавать бактерии в своих образцах.

Робертс признает, что ее команде по-прежнему необходимо исключить загрязнение как возможную причину проникновения микробов в ткани мозга. Могут ли микробы попадать в ткань из воздуха или с хирургических инструментов во время удаления мозга? Нейроанатом планирует найти ответ на этот вопрос. И даже если бактерии никогда не преуспевали в живых мозгах, образцы их вторжения после смерти человека интригуют, отмечает Робертс.

Другой исследователь – Теодор Постолаче, психиатр из Университета Мэриленда в Балтиморе – на стороне Робертс. Он изучил протозойный паразит Toxoplasma gondii, который вторгается в мозг, но не всегда вызывает явное заболевание. «Я не очень удивлен, что другие микроорганизмы могут жить в мозгу, но, конечно, это революционное открытие, если это действительно так», – говорит он. Если кишечные бактерии могут в обычной жизни находится и в клетках мозга и вокруг них, они могут играть ключевую роль в регулировании иммунной активности мозга. «Предстоит долгий путь, чтобы доказать это на деле», – считает психиатр. Но «это захватывающий путь».

Источник

Чего от нас хотят микробы?

Чего от нас хотят микробы?

Автор

Редактор

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Недавно в журнале Nature вышла очередная статья, возлагающая вину за целый ряд человеческих болезней, в том числе психических, на микробов — обитателей нашего кишечника. За полвека изучения кишечных бактерий ученые так и не смогли определиться, чего они приносят больше — пользы или вреда. Но успели убедиться в том, что среди прочего микробы могут изменять поведение человека и его психическое здоровье. Мы переводим их сигналы с микробьего языка на человеческий и предлагаем читателю самому решить, друзья нам бактерии или враги (но не обещаем, что они не повлияют на его мнение).

Конкурс «био/мол/текст»-2017

Эта работа заняла первое место в номинации «Свободная тема» конкурса «био/мол/текст»-2017.

Генеральный спонсор конкурса — компания «Диаэм»: крупнейший поставщик оборудования, реагентов и расходных материалов для биологических исследований и производств.

Спонсором приза зрительских симпатий и партнером номинации «Биомедицина сегодня и завтра» выступила фирма «Инвитро».

Про микробов и людей

Помните советский мультфильм про лося, в рогах которого ездили лесные звери, устроив себе там дом? Наш организм — такой же лось для триллионов одноклеточных организмов (большинство из них составляют бактерии), которых собирательно называют микробами, микрофлорой или микробиотой. Можно даже сказать, что мы и наши микробы составляем один метаорганизм, который необходимо рассматривать как единое целое, поскольку людей, лишенных микробов, не существует [1].

Люди и микробы объединились во имя самого ценного, что нужно живому организму, — во имя еды. Люди умеют ее добывать, а микробы — переваривать. Однако для мирного сосуществования им необходимо выполнять договор о ненападении. Поэтому, действуя на скопления иммунных клеток стенки кишечника, бактерии смягчают возможный иммунный ответ. Если этого не происходит (например, из-за недостатка бактерий), иммунитет человека становится более агрессивным. Вероятно, именно из-за этого у детей, выросших в условиях пониженного содержания бактерий (в чистоте, вне контакта с матерью и ее молоком), чаще развиваются аллергии и аутоиммунные заболевания [2]. Со своей стороны, микробы не разрушают стенки кишечника. Впрочем, они остаются мирными соседями лишь до тех пор, пока не проникнут внутрь организма человека. Там они вызывают тяжелые воспаления, с которыми непросто бороться.

Кроме того, микробы требуют защиты своих интересов. Например, им важно, чтобы к ним регулярно поступала пища, а стенка кишечника их не травмировала. Для этого они выделяют сигнальные молекулы, регулирующие деятельность окружающих клеток хозяина, например всасывание или секрецию ферментов, или даже отложение жира (да-да, есть данные о том, что ожирение связано с нарушением баланса кишечной микробиоты) [3], [4], [5]. Ну и, наконец, такое сосуществование иногда приводит к странным эффектам (рис. 1). Например, микробы могут поглощать лекарства, принимаемые хозяином, или как-то их модифицировать, что иногда существенно снижает эффективность лечения [6]. Или же выделять свою ДНК (в рамках обмена генами с другими бактериями), которая, возможно, поглощается окружающими тканями хозяина. Однозначных подтверждений тому, что гены бактерий работают в клетках стенки кишечника, пока нет. Однако известны подобные случаи у насекомых и червей [7]. А в геноме человека найдены некоторые последовательности, подозрительно похожие на бактериальные [8]. Вероятно, между нами и нашими микрообитателями чуть больше общего, чем кажется на первый взгляд.

Рисунок 1. Чем заняты микробы в организме человека. При ближайшем рассмотрении оказывается, что они влияют практически на все аспекты жизнедеятельности организма.

Получается, с одной стороны, что опасность все время рядом. А с другой стороны, избавиться от нее невозможно, потому что отсутствие микробов оборачивается еще худшими последствиями, чем их наличие. Так, например, согласно «гигиенической гипотезе», излишнее стремление к чистоте и гигиене вредно для здоровья, а ранний контакт ребенка с бактериями и аллергенами, напротив, укрепляет иммунитет [2]. Впрочем, до сих пор выходят статьи, авторы которых рассматривают микробов как паразитов, использующих человека для собственных нужд [3]. И здесь сильным аргументом становится влияние микробиоты на нервную систему человека.

Путь к мозгу через желудок

Казалось бы, где головной мозг, а где желудок? Тем не менее первое, что необходимо организму для выживания, — еда, а значит, мозг должен четко понимать, есть ли она, что с ней происходит и хорошо ли работает пищеварительная система. Специально для этого в стенке кишечника расположены энтерохромаффинные клетки — микрожелезы, выделяющие множество регуляторных веществ (рис. 2). Часть из них действует на близлежащие клетки, стимулируя или замедляя пищеварение. Другие же активируют нейроны в стенке кишечника, в частности, окончания блуждающего нерва, который идет напрямую в головной мозг. Кроме того, под поверхностью кишечника встречаются болевые окончания, которые тоже реагируют на вещества, выделяемые энтерохромаффинными клетками, и могут сигнализировать о том, что организм съел что-то не то. Наконец, стенка кишечника заселена иммунными клетками, чутко следящими за проникающими внутрь веществами. При обнаружении врага эти клетки запускают воспаление, при этом выделяются вещества, действующие на нервные окончания и попадающие в кровоток. Таким образом стресс из локального может стать глобальным [9].

Информация о деятельности бактерий тоже, конечно, быстро оказывается в мозге. Во-первых, «мирные» микробы стимулируют пищеварение, и в кровь поступает множество переваренных или синтезированных ими продуктов. Например, короткоцепочечные жирные кислоты (расщепляя которые, мы получаем 5–10% нашей ежедневной энергии). На клетках мозга есть рецепторы, которые их ловят и сигнализируют о чувстве насыщения. Кроме того, при наличии энергетических ресурсов мозг лучше развивается. У детей, испытывавших недостаток еды еще в утробе матери, чаще возникают шизофрения и биполярное расстройство. А увеличение количества короткоцепочечных жирных кислот в крови, наоборот, стимулирует обучение и память [10].

Во-вторых, бактерии активно общаются со стенкой кишечника (а через нее — с мозгом хозяина), выделяя вещества, действующие на энтерохромаффинные клетки. Интересно, что сигнальные вещества бактерий являются просто-таки прямыми аналогами наших собственных гормонов и нейромедиаторов: оказалось, что кишечная микрофлора может производить норадреналин, дофамин, серотонин, тестостерон, гистамин, а также нейромедиатор гамма-аминомасляную кислоту и белки-регуляторы аппетита (например, грелин и лептин) [3], [11], [12]. Более того, некоторые бактерии могут выделять бензодиазепины — вещества, оказывающие успокаивающее воздействие [13] (среди их родственников, например, известный транквилизатор феназепам). Ученые полагают, что все эти сигнальные молекулы очень древние и использовались бактериями для общения друг с другом еще в те времена, когда многоклеточные организмы только развивались [14]. То есть кишечная микрофлора выступает как дополнительная железа в организме человека.

Рисунок 2. Стенка кишечника как посредник между микрофлорой с одной стороны и нервной и иммунной системами — с другой.

Так чего же хотят микробы?

В первом приближении мотивация микробов несложна: они хотят еды. Если питательных веществ оказывается недостаточно, то они могут выделять вещества, стимулирующие болевые окончания в стенке кишечника. Существует даже устрашающая гипотеза, согласно которой колики у младенцев тоже вызваны бактериями: боль заставляет организм перенаправлять внутренние энергетические ресурсы в область кишечника, а плач (вызванный действием микробов на мозг) привлекает родителей, которые пытаются накормить ребенка, чтобы успокоить [3].

Если же хозяин достаточно взрослый, то можно регулировать добычу им еды напрямую через его нервную систему. Например, при достаточном количестве пищи некоторые из наших полезных соседей синтезируют незаменимую аминокислоту триптофан, на основе которой наш организм производит серотонин, так называемый «гормон счастья». Серотонин в свою очередь регулирует деятельность нервной системы, вызывая чувство насыщения, спокойствия и радости. При недостатке еды микробные гормоны и нейромедиаторы могут сдвигать поведение в сторону тревожности и поискового поведения. В известном эксперименте ученые пересаживали микрофлору от линии мышей с повышенной тревожностью к обычным мышам, и их уровень тревожности тоже возрастал [15]. Особенности микробиоты обнаружили и у людей с поведенческими отклонениями, например страдающих депрессией, шизофренией и анорексией. Ученые полагают, что причиной этих расстройств может быть дисбаланс нейромедиаторов, вызванный кишечными бактериями [16].

Кроме того, микробы хотят своей любимой еды. Микробиота состоит из множества видов бактерий, которые различаются по своим пищевым предпочтениям. И каждый вид бактерий стремится так подействовать на организм хозяина, чтобы он чаще употреблял в пищу именно их любимые вещества. Вероятно, поэтому у людей, придерживающихся разных режимов питания, различается и состав кишечной микрофлоры: доминирующие микробы вызывают тягу к разным типам еды. Они могут этого добиться, например, с помощью перераспределения вкусовых рецепторов. Известно, что чувство вкуса может изменяться при операциях на кишечнике, в ходе которых неизбежно меняется и микробный состав. Но даже и у тех, кто сидит на одинаковой диете, бактерии могут вызывать сдвиг пищевых предпочтений. Ученые сравнили содержание бактериальных веществ в моче сладкоежек и людей, равнодушных к сладкому, которые, тем не менее, питались одинаково. Оказалось, что эти вещества в моче разные! Получается, что тяга к сахару может быть свойством микрофлоры, а не ее хозяина. Так что если вам кажется, что вы патологически любите шоколад, то не исключено, что на самом деле его обожают ваши микробы [3].

Наконец, микробы хотят путешествовать, попадать в другие организмы и обмениваться генами с дальними родственниками, живущими у других хозяев. Поэтому им было бы выгодно повышать социальность человека. И действительно, обнаружили, что мыши, выросшие в безмикробной среде, проявляют особенности поведения, схожие с таковыми у аутичных людей, потому что не получают внутреннего социализирующего сигнала [10]. Также ученые выявили отличия микробиоты детей, страдающих расстройствами аутистического спектра, от здоровых детей. При этом большинство детей-аутистов ограничивают свое питание небольшим набором продуктов. Полагают, что это связано с дисбалансом их микрофлоры: одних микробов много, других — почти нет, поэтому вкусовые предпочтения сильно смещены, а призывов к социальности от бактерий не хватает [17].

Заразный аппетит

Итак, многие особенности или расстройства поведения могут иметь бактериальную природу. Из этого следуют два вывода, которые, вероятно, повлияют на медицину будущего.

Последние новости из жизни наших внутрикишечных соседей заставляют нас пересмотреть взгляды на жизнь. Многое из того, что ранее считалось неотъемлемым (а иногда неизлечимым) свойством человеческого организма, оказывается следствием микробного дисбаланса. Невольно задумываешься: где же настоящий человек, неподвластный этим микроскопическим манипуляторам? А пока ученые ищут способ с ними договориться, рекомендуется не поддаваться панике и пить кефир: исследования показали, что молочнокислые бактерии не только улучшают пищеварение [9], но и поднимают настроение [3], и ждать следующих открытий становится веселей.

Первоначальная версия статьи опубликована на портале «Чердак» [21].

Источник