Wie Darm-Bakterien mit motorischen Fähigkeiten bei Parkinson verbunden ist

Wissenschaftler haben zum ersten Mal eine funktionelle Verbindung zwischen Bakterien im Darm und der Parkinson-Krankheit entdeckt.

Veränderungen in der Zusammensetzung der Darmbakterienpopulationen - oder möglicherweise der Darmbakterien selbst - tragen aktiv zu der Verschlechterung der motorischen Fähigkeiten bei, die für diese Krankheit typisch ist, und können sie sogar verursachen. Die Ergebnisse haben weitreichende Auswirkungen auf die Behandlung von Parkinson, sagen Forscher.

Parkinson betrifft 1 Million Menschen in den USA und bis zu 10 Millionen weltweit und ist damit die zweithäufigste neurodegenerative Erkrankung. Zu den charakteristischen Merkmalen gehören Zittern und Schwierigkeiten beim Gehen, die Aggregation eines Proteins namens Alpha-Synuclein (?Syn) in den Zellen des Gehirns und des Darms sowie das Vorhandensein entzündlicher Moleküle, sogenannter Zytokine, im Gehirn. Darüber hinaus leiden 75 Prozent der Erkrankten an Magen-Darm-Anomalien, vor allem an Verstopfung.

"Der Darm ist eine dauerhafte Heimat für eine vielfältige Gemeinschaft von nützlichen und manchmal schädlichen Bakterien, bekannt als das Mikrobiom, das für die Entwicklung und Funktion des Immun - und Nervensystems wichtig ist", sagt Sarkis Mazmanian, Professor für Mikrobiologie am California Institute of Technologie.

"Bemerkenswerterweise befinden sich 70 Prozent aller Neuronen im peripheren Nervensystem - also nicht des Gehirns oder des Rückenmarks - im Darm, und das Nervensystem des Darms ist über den Vagusnerv direkt mit dem zentralen Nervensystem verbunden. Da GI-Probleme den motorischen Symptomen oft um viele Jahre vorausgehen und weil die meisten PD-Fälle durch Umweltfaktoren verursacht werden, stellten wir die Hypothese auf, dass Bakterien im Darm zur PD beitragen können. "


Innerself-Abonnieren-Grafik


Keimfreie Mäuse

Um dies zu testen, verwendeten die Forscher Mäuse, die ?Syn überproduzieren und Parkinson-Symptome zeigen. Eine Gruppe von Mäusen besaß ein komplexes Konsortium von Darmbakterien; die anderen, sogenannte keimfreie Mäuse, wurden in einer völlig sterilen Umgebung gezüchtet und enthielten daher keine Darmbakterien. Die Forscher ließen beide Mäusegruppen mehrere Aufgaben ausführen, um ihre motorischen Fähigkeiten zu messen, beispielsweise auf Laufbändern laufen, einen Balken überqueren und von einer Stange herabsteigen. Die keimfreien Mäuse schnitten deutlich besser ab als die Mäuse mit vollständigem Mikrobiom.

"Das war der 'Eureka'-Moment."

"Dies war der 'Eureka' Moment", sagt Timothy Sampson, Postdoktorand in Biologie und Bioingenieurwesen und erster Autor des Artikels in der Zeitschrift Zelle. „Die Mäuse waren genetisch identisch; Beide Gruppen machten zu viel ?Syn. Der einzige Unterschied bestand im Vorhandensein oder Fehlen von Darmmikrobiota. Sobald Sie das Mikrobiom entfernen, verfügen die Mäuse trotz der Überproduktion von „Syn“ über normale motorische Fähigkeiten.

"Alle drei Merkmale der Parkinson-Krankheit waren in den keimfreien Modellen verschwunden", sagt Sampson. "Jetzt waren wir ziemlich zuversichtlich, dass Darmbakterien die Symptome von Parkinson regulieren und sogar dafür benötigt werden. Also wollten wir wissen, wie das passiert. "

Geschlossen die Schleife

Wenn Darmbakterien Ballaststoffe zersetzen, produzieren sie Moleküle, die kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) genannt werden, wie Acetat und Butyrat. Frühere Forschungen haben gezeigt, dass diese Moleküle auch Immunantworten im Gehirn aktivieren können.

Daher stellten die Forscher die Hypothese auf, dass ein Ungleichgewicht im SCFA-Spiegel Gehirnentzündungen und andere Symptome der Parkinson-Krankheit reguliert. Wenn keimfreie Mäuse mit SCFAs gefüttert wurden, wurden tatsächlich Zellen namens Mikroglia – Immunzellen im Gehirn – aktiviert. Solche entzündlichen Prozesse können zu Fehlfunktionen oder sogar zum Absterben von Neuronen führen. Tatsächlich zeigten keimfreie Mäuse, die mit SCFAs gefüttert wurden, nun motorische Behinderungen und Syn-Aggregation in Regionen des Gehirns, die mit der Parkinson-Krankheit in Zusammenhang stehen.

In einer letzten Reihe von Experimenten arbeiteten Mazmanian und seine Gruppe mit Ali Keshavarzian, einem Gastroenterologen an der Rush University in Chicago, zusammen, um Kotproben von Patienten mit PD und von gesunden Kontrollpersonen zu erhalten. Die menschlichen Mikrobiomproben wurden in keimfreie Mäuse transplantiert, die dann bemerkenswert Symptome von PD zeigten. Diese Mäuse zeigten auch höhere Konzentrationen an SCFAs in ihren Fäkalien. Transplantierte Stuhlproben von gesunden Personen lösten im Gegensatz dazu keine PD-Symptome aus, im Gegensatz zu Mäusen, die Darmbakterien von Parkinson-Patienten beherbergen.

"Das hat uns wirklich den Kreis geschlossen", sagt Mazmanian. "Die Daten deuten darauf hin, dass Veränderungen im Darmmikrobiom wahrscheinlich mehr sind als nur eine Folge von PD. Es ist ein provokativer Befund, der weiter untersucht werden muss, aber die Tatsache, dass Sie das Mikrobiom vom Menschen auf Mäuse übertragen und Symptome übertragen können, deutet darauf hin, dass Bakterien einen wesentlichen Beitrag zur Krankheit leisten. "

Die Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Behandlung von Parkinson, sagen die Forscher.

"Bei vielen neurologischen Erkrankungen besteht der konventionelle Behandlungsansatz darin, ein Medikament ins Gehirn zu bringen. Wenn PD jedoch nicht allein durch Veränderungen im Gehirn verursacht wird, sondern durch Veränderungen im Mikrobiom, dann müssen Sie vielleicht Medikamente in den Darm bringen, um den Patienten zu helfen, was viel einfacher ist ", sagt Mazmanian.

Solche Medikamente könnten so gestaltet werden, dass sie den SCFA-Spiegel modulieren, nützliche Probiotika liefern oder schädliche Organismen entfernen. "Dieses neue Konzept kann zu sichereren Therapien mit weniger Nebenwirkungen im Vergleich zu aktuellen Behandlungen führen."

Die Finanzierung kam von der Larry L. Hillblom Foundation, der Knut und Alice Wallenberg Foundation, dem schwedischen Forschungsrat, Mr. und Mrs. Larry Field, dem Heritage Medical Research Institute und den National Institutes of Health.

Quelle: Caltech

Bücher zum Thema:

at InnerSelf Market und Amazon