In che modo i microbi intestinali aiutano i topi a estinguere i ricordi di paura?
Una nuova ricerca sui topi mostra come i microbi nell'intestino possono influenzare la capacità di disimparare le risposte alla paura. Lo studio fornisce indizi dettagliati sui meccanismi cellulari e molecolari che collegano l'intestino e il cervello.
Negli ultimi 10-20 anni, gli scienziati hanno osservato come i batteri che vivono nel e sul corpo umano influenzano la salute.
Sono emerse prove di come l'interruzione di queste comunità microbiche si colleghi alla malattia e persino ai cambiamenti comportamentali.
Queste associazioni sono evidenti anche nelle relazioni tra alcuni disturbi autoimmuni e condizioni psichiatriche.
Le persone con sclerosi multipla o malattia infiammatoria intestinale (IBD), ad esempio, possono avere batteri intestinali danneggiati e sperimentare disturbi dell'umore, ansia e depressione.
Tuttavia, sebbene queste indagini abbiano confermato l'esistenza di un asse intestino-cervello, i meccanismi che lo sostengono non sono stati chiari.
Il nuovo studio, che compare in un recente Natura carta, offre dettagli senza precedenti sui processi cellulari e molecolari che collegano i microbi intestinali e le cellule cerebrali.
"Nessuno ha ancora capito come l'IBD e altre condizioni gastrointestinali croniche influenzino il comportamento e la salute mentale", dice l'autore dello studio co-senior David Artis, professore di immunologia e direttore della ricerca sull'IBD presso la Weill Cornell Medicine di New York City.
"Il nostro studio è l'inizio di un nuovo modo di comprendere l'intero quadro", aggiunge.
Imparare e dimenticare
Per lo studio, il Prof. Artis e colleghi hanno utilizzato topi per scoprire in che modo la distruzione del microbo intestinale influisce sulle cellule cerebrali.
Hanno attinto alla loro esperienza nel comportamento degli animali, nel sequenziamento dei geni e nella chimica cellulare.
L'indagine si è concentrata sul modo in cui gli animali sono stati in grado di apprendere e dimenticare un fattore scatenante della paura utilizzando un esperimento che gli scienziati chiamano "condizionamento della paura e apprendimento dell'estinzione".
Nell'esperimento, i topi imparano ad associare una scossa elettrica sulla zampa al suono simultaneo di un tono.
Alla fine, il tono da solo può suscitare la stessa risposta di paura della scossa elettrica.
Dopo l'esposizione ripetuta al tono senza una scossa elettrica di accompagnamento, i topi tendono a dimenticare l'associazione. Questo perché il loro cervello si aggiorna al fatto che la minaccia non esiste più.
Tuttavia, i ricercatori hanno scoperto che i topi il cui intestino era privo di germi dalla nascita o i cui microbi intestinali erano stati notevolmente ridotti a causa del trattamento antibiotico, mostravano una marcata riduzione della capacità di apprendere che la minaccia non era più presente. In altre parole, il loro cervello non si stava aggiornando alle nuove condizioni.
Geni alterati nella microglia
Un'indagine genetica sulla microglia nel cervello degli animali ha fatto luce sul meccanismo molecolare alla base di questo effetto.
I ricercatori hanno esaminato l'espressione genica nella corteccia prefrontale mediale (mPFC), "un'area del cervello nota per essere cruciale per l'apprendimento dell'estinzione".
Le microglia sono cellule immunitarie che vivono nel cervello e svolgono numerosi ruoli nel suo sviluppo e funzione.
Uno dei loro compiti è aiutare a stimolare e sfoltire le connessioni tra neuroni, o cellule nervose, per rimodellare i circuiti cerebrali.
I ricercatori hanno scoperto che l'assenza di microbi intestinali alterava l'espressione genica della microglia nella mPFC dei topi in modo tale da disturbare il modo in cui i neuroni normalmente si formano ed eliminano le connessioni durante l'apprendimento e l'oblio.
Il team ha anche trovato cambiamenti sostanziali nelle sostanze chimiche del cervello nei topi privi di microbi intestinali, come livelli alterati di molecole che hanno un ruolo nelle condizioni neuropsichiatriche come l'autismo e la schizofrenia.
Il ripristino dei batteri intestinali funziona solo all'inizio della vita
I ricercatori hanno anche condotto esperimenti in cui hanno ripristinato i batteri intestinali nei topi privi di germi a varie età.
Hanno scoperto che era possibile per questi topi disimparare una risposta di paura condizionata, ma solo se ripristinavano i loro batteri intestinali subito dopo la nascita.
Hanno visto questo come una scoperta importante, poiché molte condizioni psichiatriche associate all'autoimmunità hanno anche collegamenti con problemi che si verificano nelle prime fasi dello sviluppo del cervello.
"L'asse intestino-cervello ha un impatto su ogni singolo essere umano, ogni giorno della loro vita", osserva il prof. Artis.
Sebbene sia troppo presto per esserne sicuri, il co-ricercatore principale, il dottor Conor Liston, suggerisce che con ulteriori studi, questi risultati porteranno alla fine a nuovi obiettivi di trattamento.
"Questo è qualcosa che dovremo testare in futuro", dice.
"Stiamo iniziando a capire di più su come l'intestino influenza malattie così diverse come l'autismo, il morbo di Parkinson, il disturbo da stress post-traumatico e la depressione".
Prof. David Artis
