Der Link "Gehirn und Darm" ist vielleicht schneller als wir dachten

Neue Forschung mit Mäusen kann unser Verständnis der Verbindung zwischen dem Darm und dem Gehirn sowie den Appetit erweitern.

Wenn Sie sich vor einer wichtigen Präsentation übel gefühlt haben oder nach einer großen Mahlzeit neblig sind, dann kennen Sie die Kraft der Darm-Gehirn-Verbindung.

Wissenschaftler glauben nun, dass eine überraschende Vielzahl von Zuständen, einschließlich Appetitstörungen, Fettleibigkeit, Arthritis und Depression, ihren Anfang im Darm bekommen können. Aber es war nicht klar, wie sich Nachrichten in diesem so genannten "zweiten Gehirn" von unseren Mägen auf unser Großhirn ausbreiteten. Jahrzehntelang glaubten Forscher, dass Hormone im Blutkreislauf der indirekte Kanal zwischen Darm und Gehirn sind.

Jüngste Forschungsergebnisse legen nahe, dass die Kommunikationswege hinter diesem "Bauchgefühl" direkter und schneller sind als eine Diffusion von Hormonen. Mit einem Tollwutimpfstoff, der mit grüner Fluoreszenz aufgebockt war, verfolgten die Forscher ein Signal, als es vom Darm in den Hirnstamm der Mäuse gelangte. Sie waren schockiert zu sehen, dass das Signal unter 100 Millisekunden eine einzige Synapse kreuzte - das ist schneller als ein Wimpernschlag.

Schnelle Synapsen

"Wissenschaftler sprechen über den Appetit in Minuten bis Stunden. Hier sprechen wir von Sekunden ", sagt Senior Autor Diego Bohórquez, Assistant Professor für Medizin an der Duke University School of Medicine. "Das hat tiefgreifende Auswirkungen auf unser Verständnis von Appetit. Viele der entwickelten Appetitzügler zielen auf langsam wirkende Hormone ab, nicht auf schnell wirkende Synapsen. Und wahrscheinlich haben die meisten von ihnen versagt. "

Dein Gehirn nimmt Informationen von allen fünf Sinnen auf - berühren, sehen, hören, riechen und schmecken - durch elektrische Signale, die entlang langer Nervenfasern wandern, die wie Lichtwellenleiter unter deiner Haut und deinem Muskel liegen. Diese Signale bewegen sich schnell, weshalb der Duft von frisch gebackenen Keksen Sie beim Öffnen einer Tür zu treffen scheint.

Obwohl der Darm ein ebenso wichtiges Sinnesorgan ist wie Ihre Augen und Ohren - schließlich wissen Sie, wann Ihr Magen eine Füllung braucht, um überleben zu können -, dachten Wissenschaftler, dass er seine Botschaften in einem mehrstufigen, etwas indirekten Prozess übermittelt.

Die Nährstoffe in Ihrem Darm, so die Überlegung, stimulierten die Freisetzung von Hormonen, die Minuten nach dem Essen in den Blutkreislauf gelangten und schließlich ihre Wirkung auf das Gehirn ausübten.

Sie hatten teilweise Recht. Dieses Tryptophan in Ihrem Truthahnessen ist berüchtigt für seine Umwandlung in Serotonin, die Gehirnchemikalie, die Sie schläfrig macht.

Aber Bohórquez vermutete, dass das Gehirn eine Möglichkeit hatte, Hinweise aus dem Darm schneller wahrzunehmen. Er bemerkte, dass die Sinneszellen, die den Darm auskleideten, viele der gleichen Eigenschaften besaßen wie ihre Cousins ​​auf der Zunge und in der Nase. In 2015 veröffentlichte er eine wegweisende Studie in der Journal of Clinical Investigation zeigen, dass diese Darmzellen Nervenenden oder Synapsen enthalten, was darauf hindeutet, dass sie in eine Art von neuronalen Schaltkreisen eingreifen könnten.


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Sechster Sinn?

In dieser Studie machten sich Bohórquez und sein Team daran, diese Schaltkreise abzubilden. Zunächst pumpte die Postdoktorandin Maya Kaelberer ein Tollwutvirus, das eine grün fluoreszierende Markierung in den Mägen von Mäusen trug. Sie sah, dass das Virus den Vagusnerv beschriftet hatte, bevor sie im Hirnstamm gelandet war, und zeigte ihr, dass es einen direkten Stromkreis gab.

Als nächstes rekonstruierte Kaelberer den Darm-Gehirn-Nervenkreislauf, indem er sensorische Darmzellen von Mäusen in der gleichen Schale mit vagalen Neuronen anbaute. Sie sah, wie die Nervenzellen über die Oberfläche der Schale krabbelten, um sich mit den Darmzellen zu verbinden und Signale zu feuern. Als das Forschungsteam der Mischung Zucker hinzufügte, beschleunigte sich die Feuerrate. Kaelberer maß, wie schnell die Informationen aus dem Zucker im Darm kommuniziert wurden und war schockiert, dass er in der Größenordnung von Millisekunden lag.

Dieser Befund lässt darauf schließen, dass ein Neurotransmitter wie Glutamat - der andere Sinne wie Geruch und Geschmack vermittelt - als Boten wirken könnte. Als die Forscher die Freisetzung von Glutamat in den sensorischen Darmzellen blockierten, verstummten die Nachrichten.

Bohórquez hat Daten, die darauf hindeuten, dass die Struktur und Funktion dieser Schaltung beim Menschen die gleiche ist.

"Wir glauben, dass diese Ergebnisse die biologische Grundlage eines neuen Sinns sein werden", sagt Bohórquez. "Eine, die als Einstiegspunkt dafür dient, wie das Gehirn weiß, wann der Magen voller Nahrung und Kalorien ist. Es verleiht dem Gefühl des Bauchgefühls als sechstem Sinn Legitimität. "

In der Zukunft sind Bohórquez und sein Team daran interessiert, herauszufinden, wie dieser neue Sinn die Art der Nährstoffe und den Kalorienwert der Nahrungsmittel erkennen kann, die wir essen.

Die Forschung erscheint Sept. 21 in Wissenschaft.

Die National Institutes of Health, ein AGA-Elsevier Pilot Forschungspreis, ein UNC-Zentrum für Gastrointestinal Biologie und Krankheit Forschungspreis, die Defense Advanced Research Projects Agency, die Hartwell Foundation, die Dana Foundation, die Grass Foundation und das Howard Hughes Medical Institute finanzierte die Studie.

Quelle: Duke University

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