Corteza prefrontal medial que muestra neuronas corticales (verdes), microglías (rojas) y el marcador post-sináptico PSD95 (en azul). Crédito: Christopher Parkhurst y David Artis (WCM).
Científicos de la Universidad de Cornell en Nueva York han descrito por primera vez nuevos procesos celulares y moleculares que subyacen en la comunicación entre los microbios intestinales y las células cerebrales.
Durante las últimas dos décadas, los científicos han observado un vínculo claro entre los trastornos autoinmunes y una variedad de afecciones psiquiátricas.
Por ejemplo, las personas con trastornos autoinmunes, como la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), la psoriasis y la esclerosis múltiple, pueden haber agotado también la microbiota intestinal y experimentar ansiedad, depresión y trastornos del estado de ánimo.
Los riesgos genéticos para los trastornos autoinmunes y los trastornos psiquiátricos también parecen estar estrechamente relacionados con estas enfermedades. Pero se desconoce exactamente cómo afecta la salud intestinal a la salud del cerebro.
Nueva visión
"Nuestro estudio proporciona una nueva visión de los mecanismos de cómo se comunican el intestino y el cerebro a nivel molecular", explica el coautor principal, David Artis, en un comunicado.
"Nadie ha entendido aún cómo la EII y otras afecciones gastrointestinales crónicas influyen en el comportamiento y la salud mental. Nuestro estudio es el comienzo de una nueva forma de comprender el panorama completo", añade.
Para el estudio, publicado en Nature, los investigadores utilizaron modelos de ratones para conocer los cambios que ocurren en las células cerebrales cuando se agota la microbiota intestinal.
Los ratones tratados con antibióticos para reducir sus poblaciones microbianas, o que fueron criados para estar libres de gérmenes intestinales, mostraron una capacidad significativamente reducida para aprender que ya no existía un peligro amenazante.
Cuestión de microglías
Para comprender la base molecular de este resultado, los científicos secuenciaron el ARN de las microglías de estos ratones. Las microglías son células que se encuentran en todas las regiones del sistema nervioso central, participando en la respuesta inmune.
Descubrieron que la expresión génica alterada en los microglías de estos ratones sin poblaciones microbianas intestinales, juega un papel en la remodelación de cómo se conectan las células cerebrales durante los procesos de aprendizaje. Estos cambios no se encontraron en las microglías de ratones sanos.
"Los cambios en la expresión génica en las microglías podrían interrumpir las sinapsis, las conexiones entre las células cerebrales, interfiriendo en la formación normal de las nuevas conexiones neuronales que deberían ocurrir a través del aprendizaje", señala el investigador co-principal Conor Liston.
Durante las últimas dos décadas, los científicos han observado un vínculo claro entre los trastornos autoinmunes y una variedad de afecciones psiquiátricas.
Por ejemplo, las personas con trastornos autoinmunes, como la enfermedad inflamatoria intestinal (EII), la psoriasis y la esclerosis múltiple, pueden haber agotado también la microbiota intestinal y experimentar ansiedad, depresión y trastornos del estado de ánimo.
Los riesgos genéticos para los trastornos autoinmunes y los trastornos psiquiátricos también parecen estar estrechamente relacionados con estas enfermedades. Pero se desconoce exactamente cómo afecta la salud intestinal a la salud del cerebro.
Nueva visión
"Nuestro estudio proporciona una nueva visión de los mecanismos de cómo se comunican el intestino y el cerebro a nivel molecular", explica el coautor principal, David Artis, en un comunicado.
"Nadie ha entendido aún cómo la EII y otras afecciones gastrointestinales crónicas influyen en el comportamiento y la salud mental. Nuestro estudio es el comienzo de una nueva forma de comprender el panorama completo", añade.
Para el estudio, publicado en Nature, los investigadores utilizaron modelos de ratones para conocer los cambios que ocurren en las células cerebrales cuando se agota la microbiota intestinal.
Los ratones tratados con antibióticos para reducir sus poblaciones microbianas, o que fueron criados para estar libres de gérmenes intestinales, mostraron una capacidad significativamente reducida para aprender que ya no existía un peligro amenazante.
Cuestión de microglías
Para comprender la base molecular de este resultado, los científicos secuenciaron el ARN de las microglías de estos ratones. Las microglías son células que se encuentran en todas las regiones del sistema nervioso central, participando en la respuesta inmune.
Descubrieron que la expresión génica alterada en los microglías de estos ratones sin poblaciones microbianas intestinales, juega un papel en la remodelación de cómo se conectan las células cerebrales durante los procesos de aprendizaje. Estos cambios no se encontraron en las microglías de ratones sanos.
"Los cambios en la expresión génica en las microglías podrían interrumpir las sinapsis, las conexiones entre las células cerebrales, interfiriendo en la formación normal de las nuevas conexiones neuronales que deberían ocurrir a través del aprendizaje", señala el investigador co-principal Conor Liston.
Cambios químicos en el cerebro
El equipo también investigó los cambios químicos en el cerebro de los ratones libres de gérmenes y descubrió que las concentraciones de varios metabolitos (moléculas producidas durante el metabolismo) frecuentemente asociados con los trastornos neuropsiquiátricos humanos, como la esquizofrenia y el autismo, también cambiaron.
"La química del cerebro determina esencialmente cómo nos sentimos y respondemos a nuestro entorno, y la evidencia está estableciendo que los productos químicos derivados de los microbios intestinales juegan un papel importante", explica por su Frank Schroeder, otro de los investigadores.
Proceso reversible
A continuación, los investigadores trataron de revertir los problemas de aprendizaje en los ratones restaurando su microbiota intestinal a varias edades desde el nacimiento.
"Nos sorprendió que pudiéramos rescatar los déficits de aprendizaje en ratones libres de gérmenes, pero solo si intervenimos inmediatamente después del nacimiento, lo que sugiere que las señales de microbiota intestinal son necesarias al comienzo de la vida", explica Liston.
"Este fue un hallazgo interesante, dado que muchas afecciones psiquiátricas asociadas con enfermedades autoinmunes están asociadas con problemas durante el desarrollo temprano del cerebro".
"El eje intestino-cerebro impacta a cada ser humano, todos los días de sus vidas", afirma rotundo Artis. "Estamos comenzando a comprender más acerca de cómo el intestino influye en en trastornos como el autismo, estrés postraumático y la depresión, así como en enfermedades como el Parkinson. Nuestro estudio proporciona una nueva comprensión de cómo funcionan estos mecanismos".
"Todavía no lo sabemos, pero existe la posibilidad de identificar objetivos prometedores que podrían usarse como tratamientos para humanos en el futuro", según Liston. "Eso es algo que necesitaremos probar más adelante", concluye.
El equipo también investigó los cambios químicos en el cerebro de los ratones libres de gérmenes y descubrió que las concentraciones de varios metabolitos (moléculas producidas durante el metabolismo) frecuentemente asociados con los trastornos neuropsiquiátricos humanos, como la esquizofrenia y el autismo, también cambiaron.
"La química del cerebro determina esencialmente cómo nos sentimos y respondemos a nuestro entorno, y la evidencia está estableciendo que los productos químicos derivados de los microbios intestinales juegan un papel importante", explica por su Frank Schroeder, otro de los investigadores.
Proceso reversible
A continuación, los investigadores trataron de revertir los problemas de aprendizaje en los ratones restaurando su microbiota intestinal a varias edades desde el nacimiento.
"Nos sorprendió que pudiéramos rescatar los déficits de aprendizaje en ratones libres de gérmenes, pero solo si intervenimos inmediatamente después del nacimiento, lo que sugiere que las señales de microbiota intestinal son necesarias al comienzo de la vida", explica Liston.
"Este fue un hallazgo interesante, dado que muchas afecciones psiquiátricas asociadas con enfermedades autoinmunes están asociadas con problemas durante el desarrollo temprano del cerebro".
"El eje intestino-cerebro impacta a cada ser humano, todos los días de sus vidas", afirma rotundo Artis. "Estamos comenzando a comprender más acerca de cómo el intestino influye en en trastornos como el autismo, estrés postraumático y la depresión, así como en enfermedades como el Parkinson. Nuestro estudio proporciona una nueva comprensión de cómo funcionan estos mecanismos".
"Todavía no lo sabemos, pero existe la posibilidad de identificar objetivos prometedores que podrían usarse como tratamientos para humanos en el futuro", según Liston. "Eso es algo que necesitaremos probar más adelante", concluye.
Referencia
The microbiota regulate neuronal function and fear extinction learning. Coco Chu et al. Nature volume 574, pages543–548 (2019). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1644-y
The microbiota regulate neuronal function and fear extinction learning. Coco Chu et al. Nature volume 574, pages543–548 (2019). DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-019-1644-y