Dalya Simay Erbay
Giriş
Caltech araştırmacılarından oluşan bir ekip, fare bağırsağında bakteriler tarafından üretilen küçük moleküllü bir metabolitin beyne gidebildiğini ve beyin hücrelerinin aktivitesini değiştirerek farelerde kaygıya neden olabileceğini keşfetti. Araştırma, bağırsak mikrobiyom değişikliklerinin karmaşık duygusal davranışlarla bağlantılı olduğuna dair son bulgular için biyolojik bir temelin keşfedilmesine katkıda bulunuyor.
Caltech’te Luis B. ve Nelly Soux Mikrobiyoloji Profesörü ve Tianqiao ve Chrissy Chen Nörobilim Enstitüsü’ne bağlı bir öğretim üyesi olan Sarkis Mazmanian araştırmayı yönetti.
Onlarca yıl süren araştırmalara göre, bağışıklık sistemi ve metabolizma, hayvanların bağırsaklarında (mikrobiyom) yaşayan bakteri kolonilerinden etkilenir. Son çalışmalar mikrobiyomu, beyin fonksiyonu ve ruh hali ile ilişkilendirdi. Spesifik nörolojik bozuklukları olan kişilerin bağırsak bakteri popülasyonları önemli ölçüde farklılık gösterir. Ayrıca, farelerde yapılan araştırmalar, bu toplulukları değiştirmenin semptomları iyileştiren veya kötüleştiren nörogelişimsel ve nörodejeneratif durumları etkileyebileceğini göstermiştir.
Mazmanian laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Brittany Needham, “Sadece hastalık durumları ile belirli mikropların varlığı veya yokluğu arasındaki ilişkilerden ziyade, bağırsakta ve beyinde olan bir şey arasındaki nedenselliği göstermek gerçekten zordu” diyor. “Bağırsak ve beyin arasında dolaşan kimyasal mesajlar ve bu sinyallerin davranış değişikliklerine nasıl yol açabileceği hakkında daha fazla şey öğrenmek istedik.” diye ekliyor.
Bu araştırma, bir bakteri metaboliti (mikroorganizmaların bir yan ürünü) olan 4-etilfenil sülfat veya 4EPS’ye odaklandı. Hem insanlarda hem de farelerde, 4EPS, bakteriler tarafından bağırsaklarda oluşturulur ve daha sonra kan dolaşımına alınır. Mazmanian grubu, 2013 yılında bu molekülün anormal nörolojik gelişimi olan hayvanlarda, özellikle de bir otizm ve şizofreni fare modelinde, artan miktarlarda bulunduğunu keşfetti. Ayrıca, 231 insan kan örneklerinde otizm spektrumu olan çocuklardaki 4EPS seviyeleri, nörotipik çocuklara göre kabaca yedi kat daha yüksekti.
Bilim adamları bu çalışmada, 4EPS’nin kaygılı fare modelleri üzerindeki etkisine odaklandı. İnsan kaygı bozuklukları karmaşık olsa da hayvan modelleri, araştırmacıların beyin ve vücutta kaygılı davranışlara yol açan kesin değişiklikleri araştırmasına olanak tanır. Yeni bir yerde araştırma veya saklanma eğilimi ve riskli bir durumda harcanan zaman miktarı, farelerde “kaygıyı” ölçmek için kullanılır. Cesur fareler, yeni bir yeri araştırarak keşfederken endişeli fareler, sanki bir avcıyla karşı karşıya kalmış gibi saklanacaktır.
Araştırmacılar iki grup laboratuvar faresi üzerinde çalıştılar: ilk grup, 4EPS yapmak üzere genetiği değiştirilmiş bakterilerle kolonize edildi, diğeri ise aynı olan ancak 4EPS üretme yeteneğinden yoksun bakterilerle enfekte oldu. Fareler daha sonra araştırmacıların davranışlarını gözlemlediği ayrı bir alana taşındı.
4EPS olmayan muadilleriyle karşılaştırıldığında, 4EPS’li fareler çevreyi araştırmak için çok daha az zaman harcadılar ve saklanmak için çok daha fazla zaman harcadılar. Bu durum, daha yüksek korku seviyelerine işaret ediyor. 4EPS farelerinin beyin taramaları, beyin aktivitesindeki ve fonksiyonel bağlantıdaki genel değişikliklere ek olarak, korku ve kaygı ile bağlantılı bazı beyin bölgelerinin daha aktif olduğunu ortaya çıkardı.
Bilim adamları daha yakından baktıklarında, bir tür beyin hücresi olan oligodendrositlerin bu değişen konumlarda değiştiğini keşfettiler. Bu hücreler, kısmen, nöronlar ve akson adı verilen sinir lifleri etrafında yalıtım işlevi gören miyelin adı verilen bir protein ürettikleri için çok önemlidir. Araştırmacılar, 4EPS mevcut olduğunda, oligodendrositlerin daha az olgunlaştığını ve daha az miyelin oluşturduğunu, bunun da aksonlar çevresinde daha zayıf yalıtıma yol açtığını keşfettiler.
4EPS farelerine oligodendrositlerde miyelin sentezini artıran bir tedavi verildiğinde terapi, 4EPS’nin zararlı etkilerinin üstesinden gelebildi. Bu da normal miyelin üretimine neden olurken devamında sinir davranışlarında bir azalma ile sonuçlandı.
Needham, Nature Medicine dergisinde aynı zamanda yayınlanan ayrı bir çalışmada, farelere oral bir ilaç vermenin ve 4EPS’yi sistemlerinden çıkarmanın sinir davranışlarını azalttığını buldu. Bu sonuç, ilacın insanlara açık etiketli bir deneyde verildiği sınırlı bir klinik çalışmaya izin verdi (plasebo veya kontrol grubu yok). İnsan bağırsağında 4EPS’nin tutulması, 26 çalışma katılımcısının çoğunda kan ve idrarda daha düşük 4EPS seviyelerine neden olurken katılımcıların kaygı düzeylerinde de bir azalmaya neden oldu.
Mazmanian, “Belirli bir mikrobiyal metabolitin, farelerde beyin hücrelerinin aktivitesini ve karmaşık davranışlarını değiştirmesi ilginç bir kavram kanıtıdır” diyor, “ancak bunun nasıl olduğu bilinmiyor. Çevrenin yanı sıra çevreden gelen duyusal ve moleküler girdilerin entegrasyonu, beyin işlevinin temel temelinin bir parçasıdır. Konsept olarak, burada sunduklarımız karşılaştırılabilir, ancak nöroaktif kimyasalın mikrobiyal olduğu keşfinin eklenmesiyle. Bu araştırmanın, insan kaygısı ve diğer duygudurum bozuklukları için sonuçları olduğuna inanıyorum.” diyerek ekliyor.
Araştırmada bir sonraki aşama, 4EPS’nin hangi proteinlerle etkileşime girdiği ve 4EPS’nin doğrudan beyindeki değişiklikleri etkileyip etkilemediği veya vücudun başka bir bölgesini etkileyip etkilemediği gibi oligodendrositleri hangi yöntemlerle etkilediğine bakmak olacak. Ayrıca, şu anda yapılmakta olan güçlü ve kontrollü bir klinik deneyde insan verilerinin etkisinin olduğunu göstermek çok önemli olacaktır.
Kaynak: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220214121254.htm
Editör: Züleyha Demirci