Кишечные бактерии могут вернуть стареющему мозгу способность учиться как в молодости

Новое исследование показывает, что микробиом способен заново открыть «окно пластичности» мозга

Почему мозг перестает быть пластичным

Мозг человека сохраняет способность к изменениям на протяжении всей жизни. Мы можем осваивать новые языки, приобретать новые навыки и формировать воспоминания даже в пожилом возрасте.

Но существует особый тип нейропластичности — пластичность критического периода развития.

В первые недели и месяцы жизни мозг особенно чувствителен к внешнему опыту. В это время формируются зрение, слух, речь и многие когнитивные функции. Именно тогда нервные связи перестраиваются максимально быстро.

Позже это «окно возможностей» постепенно закрывается.

Из-за этого некоторые нарушения гораздо легче исправить в детстве.

Классический пример — амблиопия, или «ленивый глаз». Если один глаз плохо видит в раннем возрасте и не получает полноценной зрительной нагрузки, зрительная кора мозга перестает правильно обрабатывать его сигналы. После окончания критического периода лечение становится значительно менее эффективным.

Ученых давно интересует вопрос: можно ли снова открыть это окно пластичности?

Неожиданный кандидат — кишечные бактерии

За последние десять лет стало ясно, что кишечный микробиом влияет далеко не только на пищеварение.

Исследования связывают состав кишечной микрофлоры с риском депрессии, тревожных расстройств, болезней Альцгеймера и Паркинсона, особенностями иммунной системы и даже возрастными изменениями мозга.

Но остается малоизученным вопрос, способен ли микробиом напрямую управлять пластичностью нервной системы.

Именно это решили проверить исследователи из Высшей школы исследований Сант-Анна в Пизе.

Что сделали ученые

Работа состояла из нескольких этапов.

Сначала молодым мышам в течение десяти дней давали смесь антибиотиков широкого спектра действия, практически разрушившую нормальный кишечный микробиом.

После этого ученые обнаружили выраженные изменения состава кишечной флоры. Особенно резко уменьшилось количество бактерий семейства Lachnospiraceae — важных производителей короткоцепочечных жирных кислот.

Эти молекулы давно считаются ключевыми посредниками оси «кишечник — мозг». Они уменьшают воспаление, поддерживают здоровье нейронов и способны влиять на работу иммунной системы.

Затем исследователи проверили пластичность мозга.

Проверка способности мозга перестраиваться

Для оценки нейропластичности ученые использовали классическую модель, которая десятилетиями применяется в нейробиологии.

Одному глазу мыши на три дня закрывали доступ света.

Если зрительная кора остается пластичной, нейроны начинают сильнее реагировать на сигналы второго, открытого глаза.

Именно такую перестройку показали здоровые контрольные животные.

Однако у мышей с нарушенным микробиомом подобной адаптации практически не произошло.

Это означало, что изменение кишечной микрофлоры само по себе способно существенно снизить пластичность мозга.

Самое важное открытие

После этого исследователи провели самый необычный эксперимент.

Взрослым мышам возрастом около четырех месяцев выполнили трансплантацию фекальной микробиоты.

Одни животные получили кишечные бактерии молодых мышей возрастом примерно один месяц.

Контрольная группа получила микробиоту взрослых животных.

После восстановления исследователи вновь проверили способность мозга перестраиваться.

Результат оказался поразительным.

Только мыши, получившие молодую микробиоту, вновь продемонстрировали выраженную пластичность зрительной коры.

Их мозг реагировал на закрытие одного глаза так же, как мозг молодых животных.

Фактически пересадка молодых кишечных бактерий смогла вернуть взрослому мозгу свойства, характерные для периода активного развития.

Как кишечник может влиять на мозг

Авторы считают, что эффект связан сразу с несколькими механизмами.

Изменение состава микробиома влияет на:

• образование короткоцепочечных жирных кислот;
• работу иммунной системы;
• уровень воспаления;
• активность микроглии — иммунных клеток мозга;
• обмен веществ в нервной ткани;
• созревание тормозных нейронных сетей, которые регулируют открытие и закрытие критических периодов развития.

Вероятнее всего, ключевую роль играет не одна конкретная бактерия, а целое сообщество микроорганизмов и производимых ими биологически активных веществ.

Именно они могут изменять химическую среду мозга и вновь запускать механизмы нейронной перестройки.

Почему это открытие гораздо важнее «ленивого глаза»

Хотя эксперимент проводился на модели амблиопии, его значение может оказаться значительно шире.

Если удастся безопасно вернуть взрослому мозгу часть юношеской пластичности, это потенциально откроет новые возможности для лечения:

• последствий инсульта;
• черепно-мозговых травм;
• возрастного снижения памяти;
• нейродегенеративных заболеваний;
• нарушений восстановления после повреждений нервной системы.

По сути, речь идет не о лечении конкретной болезни, а о возможности сделать взрослый мозг вновь более восприимчивым к реабилитации.

Это одна из главных целей современной нейробиологии.

До применения у человека еще далеко

Несмотря на впечатляющие результаты, говорить о клиническом применении пока рано.

Во-первых, работа выполнена исключительно на мышах.

Во-вторых, трансплантация фекальной микробиоты — это медицинская процедура с ограниченными показаниями. Сегодня она применяется главным образом при рецидивирующей инфекции Clostridioides difficile и пока не используется для лечения заболеваний мозга.

Кроме того, исследование не отвечает на главный практический вопрос: какие именно бактерии отвечают за эффект.

Если удастся определить конкретные микроорганизмы или их метаболиты, в будущем вместо трансплантации могут появиться более безопасные методы — специальные пробиотики, постбиотики или препараты, воспроизводящие действие молодых кишечных бактерий.

Что означает эта работа

За последние годы ученые все чаще называют кишечник «вторым мозгом». Однако новое исследование предлагает более глубокую идею.

Возможно, микробиом не просто влияет на настроение или иммунитет.

Он способен управлять одним из фундаментальных свойств нервной системы — способностью мозга изменяться.

Если эти результаты подтвердятся у человека, микробиом может стать новой терапевтической мишенью для восстановления после инсульта, травм мозга и возрастных изменений.

Пока это лишь первый шаг.

Но он заставляет по-новому взглянуть на старение мозга: возможно, часть его утраченных возможностей не исчезает навсегда, а лишь переходит в состояние ожидания — и правильные кишечные бактерии способны помочь вновь их «разбудить».