Jugar con microbios intestinales aumenta la plasticidad cerebral en ratones
ARRIBA: ISTOCK.COM, MARY SWIFT
Los ratones criados en un entorno enriquecido son más capaces de adaptarse y cambiar que los ratones criados en jaulas estándar. pero no se sabe por qué muestran esta mayor plasticidad cerebral. Ahora, un estudio publicado el 11 de enero en Cell Reports encuentra que el medio ambiente podría actuar indirectamente: vivir en entornos enriquecidos cambia la microbiota intestinal de los animales, que parece modular la plasticidad.
El estudio proporciona nuevos conocimientos muy interesantes sobre los posibles efectos beneficiosos del enriquecimiento ambiental en el cerebro que podrían actuar a través del intestino, escribe Anthony Hannan, neurocientífico del Instituto Florey de Neurociencia y Salud Mental en Australia, quien fue no participó en el estudio, en un correo electrónico a The Scientist. Este nuevo estudio tiene implicaciones sobre cómo podemos entender los efectos beneficiosos del enriquecimiento ambiental y su relevancia para el entrenamiento cognitivo y las intervenciones de actividad física en humanos.
En estudios anteriores, los ratones criados en lo que los científicos denominan un entorno enriquecido, en el que tienen más oportunidades de explorar, interactuar con otros y recibir estimulación sensorial que en un entorno estándar. Los recintos de laboratorio han sido más capaces de modificar sus circuitos neuronales en respuesta a estímulos externos que los ratones criados en jaulas más pequeñas y sencillas. Paola Tognini, neurocientífica de la Universidad de Pisa y autora principal del nuevo estudio, escribe en un correo electrónico a The Scientist que se preguntaba si los factores endógenos (señales que provienen del interior de nuestro cuerpo en lugar del externo mundo), como las señales que provienen del intestino, también podrían influir en la plasticidad cerebral.
Para evaluar la plasticidad, el equipo utilizó la privación monocular, donde la entrada de un ojo se bloquea cosiéndolo para que que las neuronas en la corteza visual son impulsadas a cambiar para responder al otro ojo. En ratones criados en jaulas enriquecidas, este cambio se puede observar después de varios días de privación, mientras que las neuronas de los ratones criados en alojamiento estándar nunca hacen el cambio.
En un primer paso, los investigadores analizaron el espectro de bacterias presentes en el intestino de ratones criados en jaulas estándar y en jaulas enriquecidas. Aunque ambos grupos de ratones comieron la misma dieta, la composición de la microbiota en su intestino comenzó a diferir a medida que los ratones crecían y había divergido sustancialmente a los 90 días después del nacimiento.
Para investigar si las señales de la intestino contribuyen a las diferencias en la plasticidad, el equipo eliminó la microbiota intestinal añadiendo un cóctel de antibióticos al agua de las madres y sus crías. Para los ratones tratados con antibióticos en jaulas enriquecidas, la respuesta plástica a la privación monocular del ojo derecho, probada a los 4 meses de edad, desapareció.
En aquellos animales sin una microbiota intacta, [el ambiente enriquecido] fue ya no es capaz de promover la plasticidad, escribe Tognini.
Por el contrario, cuando los investigadores transfirieron heces, con sus microbios asociados, de ratones donantes que vivían en un entorno enriquecido a ratones que vivían en viviendas estándar, descubrieron que al hacerlo, los ratones receptores se volvieron plásticos incluso si no experimentaron el entorno enriquecido, explica Tognini.
Finalmente, los investigadores exploraron un mecanismo potencial para estas observaciones. Se centraron en las espinas dendríticas, puntos de conexión de las neuronas que reciben señales de las células vecinas y cuya dinámica se ha relacionado con la plasticidad neuronal. Los investigadores observaron que el enriquecimiento ambiental indujo el crecimiento de nuevas espinas dendríticas en la corteza visual, pero alimentar a los ratones con el cóctel de antibióticos evitó este aumento en la densidad de las espinas. Por el contrario, la plasticidad, medida mediante privación monocular, se promovió cuando los ratones criados en jaulas estándar fueron alimentados con una mezcla de ácidos grasos de cadena corta (AGCC), metabolitos producidos por los microbios intestinales.
Sabemos que [ enriquecimiento ambiental] afecta la plasticidad cerebral y el campo se ha centrado en la búsqueda de genes/vías conocidas relacionadas con la neuroplasticidad, escribe Sandrine Thuret, neurocientífica del Kings College de Londres que no participó en el estudio, en un correo electrónico a The Scientist. El nuevo estudio, dice, revela de manera convincente que la información proveniente de la microbiota intestinal contribuye a la plasticidad cortical impulsada por el [enriquecimiento ambiental].
Cómo la microbiota intestinal podría impulsar cambios en las células dendríticas espinas es la siguiente pregunta. Los investigadores creen que podría estar relacionado con cambios en la microglía, células inmunitarias del sistema nervioso. En los ratones que viven en jaulas enriquecidas, el árbol en forma de árbol de la microglía, estructuras móviles que se extienden desde el cuerpo celular, está más ramificado que en los ratones que viven en jaulas estándar. Cuando los investigadores alimentaron a los ratones en jaulas estándar con ácidos grasos de cadena corta, la microglía era más compleja y ramificada. [E]speculamos que las señales provenientes de la microbiota intestinal, por ejemplo, los metabolitos de los ácidos grasos de cadena corta (pero no podemos excluir otros mensajeros del intestino), podrían comunicarse con las células microgliales e inducirlas a remodelar sinapsis específicas y, por lo tanto, espinas dendríticas. , con la consiguiente promoción de la plasticidad cortical, dice Tognini.
Estoy de acuerdo con la conclusión sobre el posible papel del microbioma en los efectos neuroplásticos inducidos por el medio ambiente, escribe Emeran Mayer, neurobiólogo de la Universidad de California, Los Ángeles, que investigó la comunicación entre el cerebro y el intestino, pero no participó en el presente estudio. Sin embargo, dado que los SCFA son volátiles, diversos y tienen múltiples efectos en diferentes tipos de células, dice que no es posible sacar conclusiones sobre el papel de estos metabolitos en función de su administración oral en el estudio. Creo que es muy poco probable que un solo SCFA o una combinación de ellos sean los mediadores de este efecto, agrega Mayer, lo que sugiere que se necesitan análisis de metabolómica o metatranscriptómica para identificar esos mediadores. Él dice que es escéptico de que los hallazgos del estudio tengan implicaciones para el desarrollo y los trastornos del cerebro humano, como sugieren los autores en el estudio.
Hannan señala que el estudio tiene varias limitaciones, como la presencia de ruedas para correr en jaulas enriquecidas pero no en jaulas estándar. Todos los efectos que observaron [del enriquecimiento ambiental en el microbioma] podrían deberse solo al ejercicio físico (incluido el aumento de la actividad física asociada con la interacción con objetos de enriquecimiento ambiental), escribe. El ejercicio físico es, de hecho, uno de una combinación de factores, incluida una mayor exploración, que Tognini sugiere que podría afectar el estado metabólico de los ratones y su microbiota.
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Otras limitaciones que enumera Hannan incluyen la administración de SCFA en concentraciones más altas que las liberadas por la microbiota intestinal y un posible efecto de confusión de las diferencias de sexo debido a la baja cantidad de animales de cada sexo utilizados en algunos experimentos. A pesar de estas limitaciones, añade, este estudio proporciona más evidencia importante de que el enriquecimiento ambiental podría actuar sobre el cerebro al menos en parte a través del intestino y la microbiota asociada.