Gli scienziati esplorano i legami tra genetica, microbioma intestinale e memoria

Un nuovo studio è tra i primi a tracciare le connessioni molecolari tra genetica, microbioma intestinale e memoria in un modello murino creato per assomigliare alla diversità della popolazione umana. Mentre in precedenza sono stati trovati allettanti legami tra il microbioma intestinale e il cervello, un team di ricercatori di due laboratori nazionali del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha trovato nuove prove di connessioni tangibili tra l’intestino e il cervello. Il team ha identificato il lattato, una molecola prodotta da tutte le specie di un microbo intestinale, come un messaggero molecolare chiave per aumentare la memoria. Il lavoro è stato pubblicato il 17 aprile sulla rivista BMC Microbiome. Lo studio mostra che il microbioma potrebbe collaborare con la genetica per influenzare la memoria. Gli scienziati sanno che i topi che sono stati nutriti con microbi a beneficio della salute, chiamati probiotici, sperimentano numerosi benefici positivi. Gli scienziati sanno anche che i microbi producono molecole che viaggiano attraverso il sangue e agiscono come messaggeri chimici che influenzano altre parti del corpo, incluso il cervello. Tuttavia, non era chiaro quali specifici microrganismi e messaggeri molecolari microbici potessero influenzare la memoria fino ad ora. La sfida è che la composizione genetica e le condizioni ambientali uniche di un topo influiscono anche sulla sua memoria e sul suo microbioma. Per sapere se una molecola microbica ha influenzato la memoria, abbiamo bisogno di capire l’interazione tra genetica e microbioma. L’impatto del microbioma sulla memoria è un’area di ricerca molto attiva ora, con oltre 100 articoli pubblicati negli ultimi cinque anni sui collegamenti tra probiotici comuni e memoria. Prima che potessero iniziare a cercare molecole che potrebbero essere coinvolte nel miglioramento della memoria, i ricercatori dovevano determinare come la genetica influenza la memoria. I ricercatori hanno iniziato con una collezione di topi chiamata Collaborative Cross. Hanno allevato 29 diversi ceppi di topi per imitare la diversità genetica e fisica di una popolazione umana. Includendo topi di diverse dimensioni, colori e disposizione del mantello. I ricercatori conoscono anche le sequenze del genoma di ciascun ceppo. Innanzitutto, il team ha testato ogni ceppo di topi. Quindi hanno esaminato ogni ceppo alla ricerca di variazioni genetiche e hanno correlato queste variazioni ai risultati della memoria. Hanno trovato due serie di geni associati alla memoria. Uno era un insieme di nuovi geni candidati per influenzare la cognizione, mentre l’altro era già noto. Successivamente, i ricercatori hanno analizzato il microbioma intestinale di ciascun ceppo in modo da poter stabilire connessioni microbiche alla genetica e ai collegamenti di memoria che già avevano. Hanno identificato quattro famiglie di microbi che erano associate a memoria migliorata. Il più comune di questi era una specie di Lactobacillus, L. reuteri. Per testare questa associazione, i ricercatori hanno alimentato L. reuteri in topi privi di germi senza microbi intestinali e quindi hanno testato la memoria dei topi. Hanno visto un miglioramento significativo rispetto ai topi privi di germi non alimentati con microbi. Hanno anche riscontrato lo stesso miglioramento nutrendo topi privi di germi di una delle altre due specie di Lactobacillus. Mentre un collegamento tra Lactobacillus e memoria era stato precedentemente segnalato, lo hanno anche trovato in modo indipendente in questo schermo genetico imparziale. Questi risultati suggeriscono che la variazione genetica in gran parte controlla la memoria, nonché le differenze nella composizione del microbioma intestinale tra i ceppi. Infine, i ricercatori hanno voluto identificare quali molecole correlate ai microbi potrebbero essere coinvolte nel miglioramento della memoria. Hanno analizzato feci, sangue e tessuto cerebrale da topi privi di germi alimentando ciascuno una specie specifica di Lactobacillus. Il lattato era uno dei sottoprodotti molecolari metabolici comuni; è anche una molecola prodotta da tutti i ceppi di Lactobacillus. Il team ha somministrato lattato a topi precedentemente identificati per avere scarsa memoria e ha notato che la loro memoria è migliorata. I topi nutriti con lattato o microbi Lactobacillus avevano anche livelli aumentati di acido gamma-aminobutirrico (GABA), un messaggero molecolare collegato alla formazione della memoria nel cervello. Per vedere se lo stesso meccanismo molecolare potesse applicarsi anche nell’uomo, i ricercatori hanno contattato un team dell’Università del Lussemburgo, che ha sviluppato un piccolo chip che imita il punto in cui i microbi interagiscono con il tessuto intestinale umano. Quando i ricercatori hanno testato L. reuteri con questo chip, hanno visto che il lattato prodotto dai microbi viaggiava attraverso il tessuto intestinale umano, indicando che poteva entrare nel flusso sanguigno e potenzialmente viaggiare nel cervello. Mentre questa ricerca rafforza l’idea che dieta, genetica e comportamenti – come la memoria – siano collegati, sono necessari ulteriori lavori per dimostrare se il Lactobacillus può migliorare la memoria nell’uomo. Un giorno potrebbe essere possibile usare i probiotici per migliorare la memoria nelle popolazioni target, come le persone con difficoltà di apprendimento e disturbi neurodegenerativi.

Daniele Corbo

Bibliografia: “Genetic and metabolic links between the murine microbiome and memory”. by Janet Jansson et al. Microbiome

Immagine: The image is credited to Nathan Johnson/PNNL.

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