Recent onderzoek heeft aangetoond dat veranderingen in de darmmicrobiota – de triljoenen bacteriën en andere microben die in de darmen leven – de hersenen en het gedrag kunnen veranderen. Een studie geleid door wetenschappers van de Universiteit van Californië (UCLA) te Los Angeles zou nu kunnen verduidelijken hoe en waarom dit fenomeen zich voordoet.
In het experiment, dat werd uitgevoerd met muizen, ontdekten onderzoekers dat darmmicroben de effecten van cognitieve stoornissen kunnen verergeren door de manier waarop zij de hippocampus beïnvloeden, het gebied van de hersenen dat cruciaal is voor geheugen en leren. Zij ontdekten dat de concentratie van een groep bacteriën, Bilophila genaamd, dramatisch toenam in de darmmicrobiota van muizen die een ketogeen dieet kregen – rijk aan vet en arm aan koolhydraten – en die met tussenpozen van zuurstof werden verstoken, waardoor een toestand ontstond die hypoxie wordt genoemd.
De wetenschappers ontdekten ook dat een ketogeen dieet, hypoxie (zuurstoftekort) en behandeling met een Bilophila-soort genaamd Bilophila wadsworthia de hippocampus aantastte, wat leidde tot een verminderd cognitief vermogen bij muizen.
Het onderzoek is gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift Cell Host & Microbe.
De onderzoekers gaven een aantal muizen een ketogeen dieet en anderen een standaard dieet. Vervolgens kregen alle muizen gedurende vijf opeenvolgende dagen een verlaagd zuurstofgehalte toegediend, waarna ze vier dagen de tijd kregen om te herstellen. Door de dieren zuurstof te ontzeggen konden de wetenschappers cognitieve stoornissen veroorzaken, om zo de cognitieve stoornissen bij mensen na te bootsen die veroorzaakt kunnen worden door neurologische ziekten of veroudering.
Vervolgens observeerden de wetenschappers hun vermogen om door een doolhof te navigeren. Wanneer zij probeerden hun weg uit een doolhof te vinden, maakten muizen op het ketogeen dieet gemiddeld 30% meer fouten dan muizen die het standaard dieet kregen. Het verschil tussen de twee groepen varieerde van 25% tot 75%.
De onderzoekers evalueerden ook of de verschillende diëten alleen enige verandering in cognitief gedrag konden veroorzaken bij muizen die geen zuurstoftekort hadden gekregen. In dat experiment was er geen merkbaar verschil in het vermogen van de muizen om hun weg uit het doolhof te vinden, afhankelijk van het feit of ze een ketogeen dieet of een standaard dieet hadden gehad – wat aangeeft dat de negatieve invloed op het cognitieve vermogen alleen optrad in combinatie met zuurstoftekort.
“Deze resultaten benadrukken de mogelijkheid van verschillende omgevingsfactoren om samen het cognitieve gedrag van muizen te beïnvloeden,” zegt hoofdauteur Christine Olson, een afgestudeerde student aan de UCLA.
Vervolgens onderzochten de onderzoekers wat er zou gebeuren als ze de microbiota van de muizen zouden uitputten alvorens ze een ketogeen dieet toe te dienen en ze bloot te stellen aan hypoxie. Interessant genoeg maakten de muizen die eerst hun microbiota hadden uitgeput aanzienlijk minder fouten in het doolhof dan muizen die werden blootgesteld aan hypoxie en een ketogeen dieet kregen, maar niet eerst veranderingen in hun microbiota hadden ondergaan.
“Dit suggereert dat de microben geassocieerd met het ketogeen dieet en hypoxie zouden kunnen bijdragen aan de nadelige effecten op cognitieve stoornissen,” zei Olson.
De auteurs stelden vast dat Bilophila wadsworthia verandert welke genen aan of uit worden gezet in de hippocampus, en dat de bacterie de normale cellulaire signalering in de hippocampus vermindert.
“Bilophila wadsworthia verstoorde de activiteit in de hippocampus en het cognitieve gedrag op een manier die vergelijkbaar is met hypoxie en het ketogeen dieet samen,” zei Olson. Ze voegde eraan toe dat gezien de belangrijke rol van de hippocampus bij leren en geheugen, de veranderingen aanwijzingen bieden voor hoe Bilophila cognitief gedrag beïnvloedt.
Wetenschappers zijn nog maar net microbiële soorten aan het ontdekken die gedragsveranderingen bij muizen en andere dieren kunnen beïnvloeden, zei Hsiao. Ze voegde eraan toe dat het belangrijk zal zijn om specifieker te bestuderen hoe microbiële soorten de hersenen kunnen beïnvloeden – bijvoorbeeld door cellulaire veranderingen die optreden als reactie op microben.
Miljoenen mensen ouder dan 65 jaar hebben last van cognitieve stoornissen en deze worden in verband gebracht met een grote verscheidenheid aan chronische metabolische, immunologische en neurodegeneratieve aandoeningen, zoals de ziekte van Alzheimer. Elaine Hsiao, UCLA’s De Logi Professor in Biologische Wetenschappen en een universitair hoofddocent in spijsverteringsziekten aan de David Geffen School of Medicine aan de UCLA, zei dat de nieuwe studie een belangrijke stap zou kunnen zijn in de richting van het leren welke microben het cognitieve vermogen beïnvloeden of aantasten.
“Het identificeren van vroege risicofactoren is van cruciaal belang om vroegtijdige opsporing en interventies voor cognitieve stoornissen mogelijk te maken,” zei Hsiao, de senior auteur van het artikel.
Hsiao voegde eraan toe dat meer onderzoek nodig is om te bepalen of andere darmmicroben dan Bilophila ook cognitieve vaardigheden kunnen beïnvloeden en/of de microbiota cognitieve achteruitgang bij mensen kan beïnvloeden.
De conclusie van de onderzoekers is uiteindelijk dat deze studie bepaalde darmbacteriën identificeert die bijdragen aan het risico op cognitieve stoornissen bij muizen, doordat zij ontstekingen bevorderen en zorgen voor achteruitgang van de hippocampus.
Bron: Universiteit van Californië – Los Angeles.
Originele studie: Alterations in the gut microbiota contribute to cognitive impairment induced by the ketogenic diet and hypoxia. Cell Host & Microbe. 5 augustus 2021.
