Ett genombrott som omtolkar hur tarmen och hjärnan kommunicerar

I en banbrytande studie som omprövar hur tarmen och hjärnan kommunicerar har forskare upptäckt vad de kallar ett "neurobiotiskt sinne" – ett nytt system som gör att hjärnan kan reagera i realtid på signaler från mikroberna som lever i vår tarm.

En ny studie av neuroforskarna Diego Bojorquez, PhD, och M. Maya Kelberer, PhD vid Duke University School of Medicine, publicerad i tidskriften Nature, fokuserar på neuropoder, små sensoriska celler som bekläder epitelet i tjocktarmen. Dessa celler känner igen ett vanligt mikrobiellt protein och skickar snabba signaler till hjärnan som hjälper till att dämpa aptiten.

Men det är bara början. Teamet tror att denna neurobiotiska känsla skulle kunna fungera som en bredare plattform för att förstå hur tarmen känner av mikrober, vilket påverkar allt från matvanor till humör – och till och med hur hjärnan kan forma mikrobiomet som svar.

"Vi var intresserade av om kroppen kan känna igen mikrobiella signaler i realtid – inte bara som ett immun- eller inflammatoriskt svar, utan som ett neuralt svar som omedelbart påverkar beteendet",
säger Diego Bojorquez, PhD, professor i medicin och neurobiologi vid Duke University School of Medicine och huvudförfattare till studien.

Den viktigaste ingrediensen är flagellin, ett uråldrigt protein som utgör bakteriens flagellum, den svansliknande struktur som bakterier använder för att röra sig. När vi äter frisätter vissa tarmbakterier flagellin. Neuropoder detekterar det genom en receptor som heter TLR5 och skickar en signal genom vagusnerven, den huvudsakliga kommunikationslinjen mellan tarmen och hjärnan.

Teamet, med stöd av US National Institutes of Health, lade fram en djärv hypotes: flagellin från bakterier i tjocktarmen skulle kunna aktivera neuropoder och utlösa en aptitdämpande signal till hjärnan – en direkt mikrobiell inverkan på beteendet.

Forskarna testade detta genom att fasta mössen över natten och sedan injicera en liten dos flagellin direkt i tjocktarmen. Dessa möss åt mindre.

När forskarna upprepade samma experiment på möss som saknade TLR5-receptorn förändrades ingenting. Mössen fortsatte att äta och gick upp i vikt – en ledtråd till att signalvägen hjälper till att reglera aptiten. Resultaten tyder på att flagellin skickar en "tillräckligt"-signal via TLR5, vilket gör att tarmen kan säga till hjärnan att det är dags att sluta äta. Utan denna receptor når inte budskapet fram.

Upptäckten möjliggjordes av studiens huvudförfattare, Winston Liu, MD, PhD, Emily Olway, båda doktorander i Health Scientists Training Program, och postdoktorn Naama Reicher, PhD. Deras experiment visade att störningar av denna signalväg förändrar mössens ätbeteende, vilket tyder på en djupare koppling mellan tarmmikrober och beteende.

”Framöver tror jag att det här arbetet kommer att vara särskilt användbart för det bredare vetenskapliga samfundet för att förklara hur mikrober påverkar vårt beteende”, säger Bojorquez.
”Det självklara nästa steget är att studera hur specifika dieter förändrar den mikrobiella sammansättningen i tarmen. Detta skulle kunna vara en nyckelfaktor för att lösa problem som fetma eller psykiska störningar.”