Las bacterias intestinales regulan el aislamiento de las fibras nerviosas
Lejos de ser socios silenciosos que simplemente ayudan a digerir los alimentos, las bacterias en su intestino también pueden estar ejerciendo influencias sutiles en sus pensamientos, estados de ánimo y comportamiento. Y según un nuevo estudio de investigadores del University College Cork, los microbios intestinales podrían afectar la estructura y función del cerebro de una manera más directa, al regular la mielinización, el proceso mediante el cual se aíslan las fibras nerviosas para que puedan conducir los impulsos correctamente. .
Los sorprendentes nuevos hallazgos, publicados hoy en la revista Psiquiatría traslacional, proporcionan lo que es quizás la evidencia más sólida hasta el momento de que las bacterias intestinales pueden tener un efecto físico directo en el cerebro, y sugieren que algún día podría ser posible tratar enfermedades desmielinizantes debilitantes como la esclerosis múltiple e incluso trastornos psiquiátricos mediante la alteración de la composición. de la colección microbiana del intestino de una forma u otra.
La investigación sobre microbios intestinales se ha disparado en los últimos 10 años y, en ese tiempo, se ha vuelto cada vez más claro que existe una línea de comunicación bidireccional entre las bacterias intestinales y el cerebro. El microbioma intestinal humano parece desempeñar un papel importante en la salud y la enfermedad, y las alteraciones en su composición se han visto implicadas en una amplia gama de afecciones neurológicas y psiquiátricas, incluido el autismo, el dolor crónico, la depresión y la enfermedad de Parkinson, aunque los vínculos aún permanecen algo. tenue.
John Cryan y Gerard Clarke del APC Microbiome Institute están particularmente interesados en cómo las bacterias intestinales pueden influir en las estructuras cerebrales involucradas en comportamientos similares a la ansiedad. El año pasado, publicaron evidencia de que los ratones libres de gérmenes, que están completamente desprovistos de bacterias intestinales, exhiben una expresión genética alterada en la amígdala, una pequeña estructura cerebral con forma de almendra que es fundamental para regular las emociones y el comportamiento social. Los animales se criaron en condiciones altamente estériles, por lo que las bacterias no pueden colonizar sus intestinos después del nacimiento; como resultado, ciertos genes involucrados en la función neuronal parecen ser más activos en sus cerebros en comparación con los de los ratones normales.
Siguiendo estos hallazgos anteriores, Cryan y Clarke decidieron analizar sistemáticamente cómo los microbios intestinales podrían afectar la actividad de los genes en otras partes del cerebro. En su último estudio, que fue dirigido por Ph.D. estudiante Alan Hoban, los investigadores utilizaron tecnología de secuenciación de ARN para examinar la expresión génica en la corteza prefrontal, que desempeña un papel clave en funciones ejecutivas como la planificación y la toma de decisiones, y también en el procesamiento de información emocional, mediante el ejercicio de control ‘de arriba hacia abajo’ sobre la amígdala y otras estructuras cerebrales subcorticales.
Utilizando el mismo enfoque adoptado en su estudio anterior, los investigadores compararon los niveles de expresión génica en los ratones libres de gérmenes con los observados en animales normales. Identificaron aproximadamente 90 genes que se expresan diferencialmente en los animales libres de gérmenes y, para su sorpresa, descubrieron que se sabe que algunos de ellos están involucrados en la mielinización y parecen ser mucho más activos en la corteza prefrontal de los gérmenes. -Ratones libres en comparación con los de animales normales. Algunos de los genes que identificaron codifican proteínas que forman componentes estructurales de la mielina, mientras que otros desempeñan un papel regulador en la formación de mielina.
Intrigados por sus resultados, los investigadores procedieron a diseccionar los cerebros de los animales y utilizaron un microscopio electrónico para examinar de cerca el tejido de la corteza prefrontal. Esto reveló que las diferencias en la expresión génica se asociaron con diferencias anatómicas observables, con fibras nerviosas en la corteza prefrontal de los animales libres de gérmenes que tienen vainas de mielina más gruesas que las de los animales normales.
Es importante destacar que los investigadores encontraron que estos efectos eran mucho mayores en los ratones machos que en las hembras, y que podrían revertirse en parte mediante la introducción de bacterias intestinales en los ratones libres de gérmenes después de haber sido destetados.
La mielina es una sustancia grasa que se envuelve alrededor de las fibras nerviosas, evitando la fuga de corriente eléctrica y facilitando la conductancia del impulso nervioso. En el cerebro, es producido por células gliales especializadas llamadas oligodendrocitos, cada una de las cuales tiene una pequeña cantidad de ramas que forman una lámina plana de mielina y envuelven un segmento corto de un axón. Por lo tanto, las fibras axonales individuales están cubiertas por segmentos cortos de mielina de muchos oligodendrocitos diferentes. Cuando una célula nerviosa se dispara, sus impulsos eléctricos saltan entre los huecos de la vaina de mielina y esto acelera su propagación a lo largo de la fibra.
El proceso de mielinización, mediante el cual la mielina se forma y se deposita alrededor de los axones, es crucial para el desarrollo y la maduración del cerebro. Durante la adolescencia, el cerebro atraviesa un período prolongado de mayor plasticidad neuronal, durante el cual se eliminan un gran número de sinapsis en la corteza prefrontal y una ola de mielinización recorre esta parte del cerebro. Estos procesos refinan los circuitos de la corteza prefrontal y aumentan su conectividad con otras regiones del cerebro. Sin embargo, la mayor plasticidad hace que los adolescentes sean más susceptibles a comportamientos de riesgo y afecciones de salud mental como la esquizofrenia.
La mielinización también es fundamental para el funcionamiento diario normal del cerebro. La mielina aumenta la velocidad de conducción de una fibra nerviosa hasta cien veces, por lo que cuando se descompone, las consecuencias pueden ser devastadoras. En la esclerosis múltiple, por ejemplo, la degradación de la mielina en el cerebro y la médula espinal puede provocar dificultades con la visión y el movimiento y, en casos graves, ceguera y parálisis completas.
«Hemos desbloqueado un proceso que frena la formación de mielina en la corteza prefrontal», dice Cryan, «y hasta donde sabemos, este es el primer estudio que muestra una relación clara entre el microbioma y la mielinización en el cerebro». Por lo tanto, los nuevos hallazgos podrían eventualmente conducir a nuevos tratamientos para la esclerosis múltiple y otras enfermedades desmielinizantes, basados en prebióticos, probióticos o incluso trasplantes fecales, todos los cuales podrían potencialmente usarse para ajustar la composición exacta de microbios en el intestino.
Sin embargo, los resultados tienen implicaciones más amplias. Existe una creciente evidencia de que la distribución de la mielina en el cerebro puede modificarse en respuesta a la experiencia, y Cryan apunta a un estudio de 2012 que muestra que el aislamiento social altera la mielinización en la corteza prefrontal de ratones adultos. Por lo tanto, los nuevos hallazgos ofrecen pistas tentadoras sobre cómo las bacterias intestinales podrían regular la plasticidad del cerebro en respuesta al aislamiento y otros factores sociales o estímulos ambientales.
Otro trabajo reciente muestra que los microbios intestinales controlan la maduración y función de la microglía, las células inmunes que eliminan las sinapsis no deseadas en el cerebro; Por lo tanto, es tentador especular que los cambios relacionados con la edad en la composición de los microbios intestinales podrían regular la mielinización y la poda sináptica en la adolescencia y, por lo tanto, podrían contribuir al desarrollo cognitivo. Por lo tanto, aprender más sobre la relación entre los microbios intestinales y el cerebro podría ayudar a los investigadores a comprender los cambios cerebrales que ocurren durante la adolescencia.
«Este es un documento nuevo y emocionante [which marks] un importante paso adelante en la investigación sobre el eje intestino-cerebro ”, dice la microbióloga Elisabeth Bik de la Universidad de Stanford. “Aunque debemos tener cuidado al extrapolar los hallazgos a los humanos, proporciona evidencia convincente de la compleja comunicación entre los microbios intestinales y el cerebro, y apoya la hipótesis de que … los microbios intestinales regulan no solo la estructura anatómica, sino probablemente el comportamiento y el estado de ánimo. también.»
Cryan dice que su equipo ahora está realizando experimentos similares en ratones de diferentes edades, para tratar de determinar las etapas de desarrollo en las que los microbios intestinales podrían ejercer tales efectos, y espera que otros investigadores usen microelectrodos para investigar las consecuencias funcionales de la regulación de la mielinización por el intestino. bacterias. “También queremos comprender el mecanismo subyacente. ¿Qué hay en el microbioma que está impulsando esto? ¿Se debe a algún metabolito o, más probablemente, a la ausencia de algún metabolito, y podríamos recapitularlo con antibióticos, por ejemplo? ”
Referencia
Hoban, AE, et al. (2022). Regulación de la mielinización de la corteza prefrontal por la microbiota. Transl. Psiquiatría, DOI: 10.1038 / tp.2022.42
