Связь кишечника и мозга изучают десятилетиями. Известно, что бактерии в пищеварительном тракте влияют на настроение, иммунитет и даже развитие болезней вроде Паркинсона. Однако обратная связь — способность мозга менять микробиом — оставалась загадкой. Предполагали, что это возможно. Но не хватало фактов. Теперь они появились.
Команда испанских исследователей под руководством Марка Кларета (Marc Claret) из Институт биомедицинских исследований Августа Пи и Суньер в Барселоне провела эксперимент на 32 мышах и доказала, что мозг способен почти мгновенно менять состав микрофлоры кишечника. Об этом Кларет и его коллеги рассказали в статье, опубликованной в журнале Nature Metabolism.
Во время опытов ученые воздействовали на клетки гипоталамуса — участок мозга, отвечающий за чувство голода и жажды. Для этого использовали метод хемогенетики: вводили в мозг мышей вещества, которые активировали либо блокировали нейроны. Исследователи вводили вещества не всем мышам, а только половине, другая половина служила контрольной группой.
Нейробиологи перепрограммировали мозг мышей с помощью искусственных электрических синапсов
Через два часа после активации нейронов у восьми мышей в двенадцатиперстной кишке разнообразие бактерий выросло в пять раз по сравнению с контрольной группой. То есть нейроны в мозге запустили что-то вроде «микробного взрыва». Через четыре часа аналогичный эффект наблюдался в других отделах кишечника.
Когда ученые подавили активность тех же нейронов, некоторые семейства бактерий в среднем отделе тонкой кишки сократились на 99 процентов уже через два часа. Через четыре часа изменения достигли конечного отдела — толстого кишечника.
Чтобы убедиться в результатах, команда провела еще одну серию опытов. На этот раз в мозг мышей вводили гормоны, регулирующие аппетит. Состав микрофлоры также менялся за два-четыре часа. В зависимости от отдела кишечника одни бактерии резко размножались, другие исчезали.
«Мы знали, что диета, лекарства или токсины влияют на микробиом. Но до конца не были уверены, что нервная система сама способна управлять бактериями», — объяснил Кларет.
Ученые создали «мини-мозг», практически сравнимый с мозгом эмбриона на 40-й день развития
Почему мозг так быстро меняет микрофлору? Ученые предполагают: когда мозг получает сигналы о голоде, активируются нейроны гипоталамуса, они готовят кишечник к перевариванию пищи, «настраивая» микробов под будущие задачи. Хотя опыты проводили на грызунах, мозговые цепи, регулирующие аппетит, у людей и мышей схожи. Значит, аналогичные процессы возможны и у нас. Иными словами, микрофлора — это не пассивный фон, а активный участник пищеварения, который «оживает» по команде мозга.
Открытие впечатлило даже ученых, которые давно занимаются микробиотой. Кристоф Таисс (Christoph Thaiss) из Стэнфордского университета заявил, что теперь при изучении микрофлоры нужно обязательно учитывать эмоциональное состояние человека — стресс, тревогу, голод, даже настроение. И главное — изменения происходят не за дни и недели, как раньше думали, а буквально за часы.
Таисс добавил, что придется пересмотреть подходы к анализу микробиоты. Теперь важно фиксировать, что происходило с человеком не только в день анализа, но и за пару часов до него. Ведь мозг успевает за это время буквально перестроить микрофлору.
Авторы научной работы полагают, что другие области мозга — например, отвечающие за память или эмоции — тоже могут влиять на бактерии. Это открывает новое направление в науке: поиск нейронных сетей, управляющих не только мыслями, но и триллионами микроорганизмов внутри нас.