Микробиом (микробиота) головного мозга

Микробиом (микробиота) головного мозга — заселён ли здоровый мозг микроорганизмами?
Предлагаем Вашему вниманию научно-популярную статью, которую несколько дней назад опубликовал нейробиолог Янош Хеллер, занимающий должность Assistant Professor на факультете биомедицинских технологий в университете Дублина (Ирландия). Себя он позиционирует так: «Немецкий биолог, живу и работаю в Ирландии».
Янош Хеллер (Janosch Heller) окончил Кёльнский университет в Германии со специализацией в области биохимии и генетики, после чего переехал в Великобританию в 2009 году. Там он защитил диссертацию на степень PhD по нейробиологии в Кембриджском университете. Сейчас он в Университете Дублина возглавляет команду по изучению астроцитов как терапевтических мишеней при неврологических заболеваниях.

Предваряя публикацию, скажем следующее. Современные методы секвенирования позволяют учёным преодолеть необходимость традиционного культивирования (выращивания) микробов на питательных средах, чтобы выявить их наличие в тканях. Обнаруженные в мозге штаммы, о которых говорится в статье, были обнаружены с помощью секвенирования, а не путём культивирования. В наши дни используются устройства (секвенаторы), идентифицирующие нуклеотидную последовательность. Одним из минусов такого метода является высокая вероятность получения ложноположительного результата — в случае загрязнения исследуемых образцов.
Именно о высокой вероятности загрязнения образцов говорят за чаем в кафедральных комнатах отдыха те учёные, которые скептически относятся к возможности наличия микробов в здоровом мозге. Не следует забывать и о том, что в случае получения образцов мозга от пожилых людей — необходимо учитывать возможность контаминации мозговой ткани из-за повышенной проницаемости гемато-энцефалического барьера (что обусловлено возрастом).

Текст статьи Яноша Хеллера:

Таинственный «микробиом мозга» может играть роль при неврологических заболеваниях.

Некоторые исследования позволяют предполагать, что у мозга есть собственный микробиом, но у ученых пока мало знаний на эту тему.

Микробы, живущие в вашем кишечнике, переживают свой звёздный час. Даже если вы не следили за исследованиями, вы не могли пропустить сотни рекламных объявлений пробиотиков и пребиотиков, направленных на продажу вам продуктов обещающих поддержание здоровья вашего микробиома.

Не так давно были открыты и другие микробиомы, которые также играют важную роль в вашем здоровье. Ваш рот, полость носа, кожа и волосистая часть головы имеют свои уникальные микробиомы.

Некоторые учёные предположили, что у мозга тоже есть собственный микробиом.

Идея о том, что в мозге есть микробиом, впервые была высказана в 2013 году, но она не привлекла особого внимания. В основном это связано с давним убеждением, что мозг — это стерильный орган, защищенный от остального тела и от вредных агентов, циркулирующих в нашей крови.

(Статья 2013 года:
Brain Microbial Populations in HIV/AIDS: α-Proteobacteria Predominate Independent of Host Immune Status
doi. org/ 10.1371/ journal.pone. 0054673 ).

Кроме того, проблематично подтвердить наличие микробов [в головном мозге ]. Используемые методы основаны на выявлении чужеродного [нечеловеческого] генетического материала, которые могут быть ненадежны, поскольку эти [выявленные] фрагменты ДНК могут быть результатом загрязнения [исследовательских материалов].

В здоровом мозге так называемый «гематоэнцефалический барьер» защищает мозг от растворенных в крови вредных веществ. Однако с возрастом и при неврологических заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, этот защитный барьер становится негерметичным, и вредные вещества из крови могут проникнуть в мозг.

Это может вызвать заболевания и еще больше усугубить уже имеющиеся повреждения. Кроме того иммунная система с возрастом становится менее эффективной. Это также может способствовать присутствию по всему телу микроорганизмов, которые у молодых людей были бы уничтожены иммунными клетками.

Ранее упомянутое исследование 2013 года было направлено на изучение того, могут ли микробы проникать в мозг людей с ВИЧ/СПИДом. Они сравнили ткань мозга людей с ВИЧ/СПИДом с тканью мозга людей без ВИЧ/СПИДа. Удивительно, но они обнаружили нечеловеческий генетический материал, который указывал на присутствие более 173 типов бактерий и фагов (вирусов, поражающих бактерии) в изученном ими мозге.

Все протестированные образцы мозговой ткани, взятые у пациентов с различными заболеваниями головного мозга, а не только у людей с ВИЧ/СПИДом, судя по всему, содержали в себе бактериальный генетический материал.

Группа исследователей из Эдинбургского университета [в 2023 году]
сравнила мозг людей с болезнью Альцгеймера со здоровым мозгом. В мозгу людей с болезнью Альцгеймера содержится больше бактерий и грибков, чем у здоровых людей. Но они обнаружили в здоровом мозге несколько видов грибов, бактерий и других микроорганизмов.

Было обнаружено, что микробиом головного мозга человека в плане разнообразия уступает микробиому кишечника, в нём представлены около 20% микроорганизмов, представленных в кишечнике. Хотя в мозгу людей с болезнью Альцгеймера было обнаружено больше бактерий, исследователям не удалось обнаружить структуры конкретных бактерий, которые обнаруживались бы только в больном мозге. Однако это исследование еще не прошло рецензирование [является препринтом] и не было опубликовано в научном журнале, поэтому к результатам следует относиться с некоторой осторожностью.

(Препринт эдинбургских учёных —
The remarkable complexity of the brain microbiome in health and disease —
doi. org/ 10.1101/ 2023.02.06. 527297 ).

Вопросы остаются
У нас до сих пор нет четкого представления о том, как микроорганизмы могут заселить мозг.

Одна из теорий предполагает, что заболевания полости рта, такие как заболевания десен или кариес, вызывают повреждение тканей, что позволяет бактериям, обычно находящимся во рту, проникать в мозг через нервную систему.
(Теория изложена в статье —
The role of microbiome-host interactions in the development of Alzheimer´s disease doi. org/ 10.3389/ fcimb. 2023. 1151021 ).

Интересно, что бактерии полости рта способны продуцировать амилоидные белки. Такой белок важен для нормальной работы мозга, но его аномальные скопления обнаруживаются у людей с болезнью Альцгеймера.

Микробиом мозга — новая и увлекательная идея. Благодаря достижениям молекулярных методов, таких как новая технология секвенирования, которая помогает нам распознать генетический код микроорганизмов, будет обнаруживаться больше микробов во всём организме. Видимо, что, как и в случае с микробиомом кишечника, нарушение тонкого баланса присутствующих микробов может привести к заболеванию [мозга]. В любом случае, это открытие открывает двери для новых потенциальных вариантов лечени заболеваний головного мозга, таких как болезнь Альцгеймера.

Однако остается несколько вопросов. Микробиом кишечника у разных людей различается, как и микробиом мозга. Полная карта того, какие микробы обитают в здоровом мозге, еще не создана.
И мы не знаем, какие факторы влияют на то, какие микроорганизмы живут в нашем мозге и как они вообще могут попасть в мозг.
Источник: статья Яноша Хеллера The enigmatic 'brain microbiome' could play a role in neurological disease — published May 21, 2024, на сайте LiveScience.

(Это была статья Яноша Хеллера).

В дополнение. Рекомендуем обзор, который написал на эту тему
Кристофер Линк (Christopher D Link) — молекулярный биолог, изучающий нейродегенеративные заболевания. Его статья 2021 года называется — Is There a Brain Microbiome? (Существует ли микробиом мозга?).

В абстракте своей статьи Кристофер Линк пишет: «Многочисленные исследования выявили микробные последовательности и эпитопы в патологических и здоровых образцах человеческого мозга. До сих пор не решено, представляют ли собой эти наблюдения артефакты или действительно отражают заселение мозга микробами. Учитывая заманчивые предположения о том, что микробы местных тканей могут играть определенную роль во многих психоневрологических и нейродегенеративных заболеваниях, этиология которых в настоящее время не выяснена, существует сильная мотивация для определения в качестве “основополагающей истины” концепции существования микробов в мозге живых людей. Здесь я утверждаю, что доказательства присутствия микробов в больном мозге достаточно убедительны, но еще предстоит провести убедительную демонстрацию присутствия микробов в здоровом человеческом мозге. Могут потребоваться специальные исследования на животных моделях, чтобы определить, действительно ли существует “микробиом мозга”.

В статье в разделе „Будущие исследования“ Кристофер Линк пишет о перспективах будущих исследований в этом направлении:
»Насколько мне известно, не было опубликовано ни одного исследования, в котором специально изучались бы данные о здоровом микробиоме мозга человека с использованием объективных и надлежащим образом контролируемых методов. Было бы особенно информативно, если бы это возможно было сделать с использованием образцов мозга, представляющих различные возрастные группы. Хотя многочисленные исследования показали возможность наличия микробных последовательностей в исследуемых образцах мозга, поскольку эти образцы часто используются для контроля лечения возрастных нейродегенеративных заболеваний, данные контрольные образцы мозга были взяты у пожилых испытуемых. Если бы параллельный анализ образцов мозга на протяжении всей жизни показал увеличение микробной нагрузки на мозг с возрастом, это опровергло бы заявления о контаминации [исследовательских образцов] и имело бы биологический смысл, учитывая доказанное снижение иммунной функции и повышение проницаемости гематоэнцефалического барьера с возрастом. Точно так же, по аналогии с микробиомом кишечника, представляется вероятным, что микробиомы мозга будут демонстрировать значительные различия между людьми. Таким образом, если бы отдельные образцы мозга были проанализированы параллельно (т.е. с использованием одних и тех же реагентов и совместно обработаны на установке для секвенирования) и были бы выявлены разные микробы, это также свидетельствовало бы против загрязнения [исследуемых материалов]. Опровержение существования микробиома мозга, вероятно, является более сложной задачей, особенно учитывая наличие загрязняющих последовательностей (как утверждалось выше), которых, возможно, трудно избежать. Однако, если предполагаемое распределение микробиомов в мозге не согласуется ни с одним из факторов (возраст, пол, генетический фон, воздействие окружающей среды и т.д.), которые, как известно, в целом влияют на биологические результаты, это убедительно свидетельствует против наличия микробиома мозга в реальности.

Исследования на людях исключают применение инвазивных подходов, которые в конечном итоге могут потребоваться для убедительного установления как реальности микробиома мозга, так и механизмов, ведущих к его поддержанию. Априори нет оснований предполагать, что микробиом мозга характерен только для человека или приматов. Теоретически эксперименты на грызунах можно было бы использовать для (относительно) быстрой проверки корреляции между описанными ранее факторами и присутствием микробов в мозге или для определения того, повлияло ли лечение антибиотиками, проникающими в мозг (например, миноциклином) на восстановление микробных последовательностей. Также можно было бы получить мозговой материал от модельных животных, что позволило бы лучше отслеживать загрязнение [исследуемых образцов]. Очевидным экспериментальным подходом было бы изучение мозговой ткани мышей, не зараженных микробами, что, как минимум, должно обеспечить основу для выявления артефактов в виде микробных компонентов… Модельные грызуны могут стать лучшим исходным материалом для попыток культивирования микробов мозга."