Есть ли бактерии в нашем мозге?
Розалинду Робертс сложно удивить необычными находками в мозге. Она на протяжении тридцати лет рассматривала мозговую ткань под электронным микроскопом, и регулярно сталкивалась с «неопознанными объектами» на снимках в виде пятен и капелек, которые не имели отношения к синапсам и изучаемой структуре — их вообще не должно было там быть. «Раньше я бы на это и внимания не обратила», — объясняет Розалинда. Сейчас все иначе.
Аудиоверсия статьи: Podster | iTunes | YouTube | Скачать | Telegram | VK | Spotify
Обнаружение бактерий в мозге обычно не сулит ничего хорошего. Мозг защищен от обитающего в теле бактериального зверинца гематоэнцефалическим барьером и считается стерильным органом. Когда защитные границы нарушаются, возникает риск энцефалита и менингита. Поэтому открытие вызвало еще большее удивление, когда Робертс с коллегами Шарлин Фармер и Кортни Уокер поняла, что неизвестными объектами на их слайдах были бактерии.
Многие из бактерий удалось застать в действии, когда они проникали в нейроны или аксоны, в то время как другие находились в процессе деления. Бактерии довольно избирательны и предпочитают одни участки мозга другим. Мозговые оболочки не имели признаков воспаления. Если бактерии находились в мозге человека и до его смерти, можно с уверенностью сказать, что они не болезнетворные.
Если удастся это подтвердить — полностью исключать инфекцию нельзя — перед учеными откроются новые способы исследования микробиома и заболеваний. В ноябре этого года исследователи представили свои результаты на ежегодном собрании Американского общества нейронаук, после чего журналисту Nautilus удалось поговорить с Розалиндой Робертс.
Как вы считаете, почему ваши снимки вызвали такое возбуждение?
Существование бактерий, которые попадают из кишечника в мозг живого человека, — это настоящая смена парадигмы, поскольку мозг до недавнего времени считался стерильным. Обнаружить бактерии в невоспаленных и незараженных образцах ткани поистине неожиданно.
С чего начались ваши исследования?
Едва ли не всю свою карьеру я изучала шизофрению. Я исследовала различия в синапсах и патологии, которые присутствуют в мозге больного шизофренией. Периодически я замечала неопознанные объекты, но не придавала им значения. Позже ко мне попала Кортни Уокер, участница программы для одаренных студентов Алабамского университета. Она изучала черную субстанцию, область мозга, где сконцентрированы дофаминовые нейроны. Кортни также сталкивалась с проблемой в виде неизвестных объектов, которые мы стали называть «эти штуки». Наша лаборатория начала все сильнее увлекаться этой темой.
Как вы узнали, что загадочные объекты являются бактериями?
Я начала подозревать, что это бактерии, основываясь на морфологическом критерии. Я показала изображения бактериологу, и он подтвердил мои догадки. Потом мы провели анализ рибосом, который показал, что бактерии являются кишечными. Это очень интересное открытие, поскольку в настоящее время проводится множество исследований взаимосвязи мозга и кишечника.
Что нам уже известно о взаимоотношениях мозга и кишечника?
Вы можете воздействовать на поведение, когнитивные способности и даже на структуру органа с помощью микробиома. Если взять стерильных мышей без микробиома и произвести фекальную трансплантацию от обычных мышей, у них пройдут многие поведенческие симптомы. А если вы поместите в мышей Helicobacter pylori (бактерия, связанная с развитием гастрита, язв и других заболеваний желудочно-кишечного тракта, — прим. Newочём), у них появятся когнитивные и поведенческие проблемы. Фекальная микробиота (микробиота кишечника, полученная из фекалий) отличается у людей с различными заболеваниями. Люди с синдромом Паркинсона имеют другую микробиоту по сравнению с теми, у кого его нет.
Существуют ли сейчас предположения по механизму влияния микробиома на мозг?
На самом деле, я не знаю ни одного. Если что и требуется исследовать, так это пути обмена информацией с мозгом. Одно из предположений заключается в том, что информация передается по нервам, которые иннервируют расположенные в брюшной полости органы. Например, блуждающий нерв. В одном из исследований ученые перерезали блуждающий нерв, после чего потеряли возможность воздействовать на мозг посредством изменения микробиома. Результаты этого эксперимента предполагают, что взаимодействие происходит через блуждающий нерв. Однако остается неясным, что представляет из себя это взаимодействие и каков его механизм.
Как бактерии могут перемещаться из кишечника в мозг?
Я не микробиолог, поэтому могу лишь предполагать. Если бактерия попала в блуждающий нерв, то, наверняка, она сделала брешь в миелиновой оболочке и поднялась с помощью внутренней транспортной системы до дорсального ядра, откуда бактерия может попасть в любую область мозга. Бактерии могут проникать в мозг и через гематоэнцефалический барьер. В определенных местах это не так уж сложно. Одним из таких мест является хеморецепторная триггерная зона — область в стволе мозга, где гематоэнцефалический барьер полон отверстий. Благодаря отверстиям мозг получает информацию о том, что вы съели что-то токсичное, и вызывает рвоту. Гематоэнцефалический барьер вокруг гипофиза не очень плотный по тем же причинам. Я хочу внимательнее изучить области, где барьер имеет много дыр, чтобы выяснить, больше ли там бактерий.
Бактерии имеют предпочтения при выборе областей мозга?
Мы заметили, что они любят астроцитарные клетки вокруг гематоэнцефалического барьера. Им также нравится находиться в аксонах, которые проводят импульсы с информацией между областями мозга. Аксоны покрыты миелином, который состоит преимущественно из липидов. У мышей, в отличие от людей, бактерии часто проникают в ядра нейронов. Пока не ясно, что это могло бы значить. Почему бактерии предпочитают определенные виды клеток? Известно, что некоторые бактерии любят жир, а некоторые — сахар. Миелин жирный, а астроциты содержат сахара. Распределение бактерий также предполагает, что наши наблюдения основываются не только на заражении организма. В противном случае мы видели бы бактерии повсюду, а не только в конкретных областях.
Могли ли бактерии попасть в мозг уже после смерти?
Первым делом я так и предположила — бактерии попадают в умерший мозг и начинают его разъедать. Но они также были замечены в мозге мышей непосредственно в момент смерти. То есть времени для проникновения бактерий было недостаточно, к тому же отсутствовали какие-либо артефакты (артефакт — любое изменение, внесенное в организм после смерти, которое может привести к неверному истолкованию результатов, — прим. Newочём). Так что дело не в артефактах или процессе разложения. К тому же во время обработки мозг помещается в фиксатор или замораживается. Мне сложно сказать, как именно бактерии оказываются в мозге после этого. Почему они вообще стремятся в мозг, находящийся во враждебном для них антибактериальном растворе?
Вы можете исключить любую иную форму заражения?
На данном этапе я не могу исключить вероятность заражения. Но даже если это и оно, бактерии распределены слишком избирательно. Они не просто покрывают все поверхности, они тяготеют к определенным межклеточным пространствам, что само по себе интересно. Мы не сможем исключить вероятность заражения без систематических наблюдений с процессами стерилизации и автоклавирования и без исследования образцов человеческого мозга и мозга стерильных и обыкновенных мышей.
Замечали ли вы признаки воспаления из-за бактерий во время изучения образцов мозга?
Бактерии не вызывают воспалительную реакцию, что странно, потому что этого мы от них ожидаем. Это говорит о том, что либо заражение происходит уже после смерти, либо бактерии не такие уж болезнетворные, как мы привыкли думать.
Эти бактерии живые?
Думаю, что живые. По крайней мере, выглядят они здоровыми. Мертвые бактерии похожи на призраков — раздробленные клеточные образования. А эти на них не похожи. Было бы очень интересно, окажись они вправду живыми и застывшими во времени в умершем мозге. Я собираюсь заняться культивированием найденных бактерий, чтобы убедиться в их жизнеспособности. После этого я проведу эксперименты, чтобы выяснить, почему они предпочитают те или иные области мозга. Проведенный нами анализ микробиоты с целью поиска 16S рРНК (один из трёх основных типов рРНК, образующих основу рибосом прокариот, — прим. Newочём) не показал ни количество бактерий, ни были ли они живыми.
А мертвых бактерий вы находили?
Нет, мертвых бактерий я не обнаружила. Они обычно уничтожаются макрофагами или перерабатываются лизосомами. Я вижу структурно неповрежденные бактерии, многие из которых имеют перегородку. Ее наличие говорит о том, что бактерии делятся.
Что вы обнаружили в мозге стерильных мышей?
Мы изучили четыре стерильных мышиных мозга. Два из них мы исследовали с помощью электронного микроскопа и не обнаружили никаких бактерий. Еще два мы исследовали с помощью анализа на 16S рРНК, который показал наличие бактерий. Но анализ микробиома не говорит о числе бактерий, он лишь показывает пропорциональное соотношение разных бактерий в образце. То есть в мозге стерильной мыши может содержаться 0,0001 г бактерий, в мозге дикой мыши — 150 г, но ни то, ни другое не отразится на результатах анализа. Вы увидите разве что фрагменты бактерий, погибших во время приема пищи. Нам также необходимо оценить реагенты для анализа, чтобы выяснить, не содержат ли они сами бактерии.
Что будете проверять дальше?
Один из предложенных мне подходов заключается в том, чтобы пересадить помеченные бактерии в стерильных мышей и проследить, за какое время они доберутся до мозга. Также я хочу вновь взглянуть на свою коллекцию органов и посмотреть, не влияют ли различные заболевания на расположение бактерий или их тип. Интересно, что я не встречала в мозге бактерии Helicobacter pylori, которые, как утверждается, являются причиной когнитивных нарушений.
Для чего представлять исследование в виде научных плакатов?
Мне нужно было узнать, что по этому поводу думает научное сообщество. Я также хотела связаться с микробиологами или другими учеными из этой сферы, которые могли бы использовать для изучения проблемы недоступные мне методы. И я достигла цели. Мне звонили ученые и говорили: «эй, давай меняться материалами и говорить об этом». Публикации занимают так много времени, что к моменту выхода статьи исследования уйдут далеко вперед. Научные плакаты — это формат, в рамках которого ты можешь показать свою предварительную работу и обсудить ее с коллегами вместо того, чтобы сидеть в офисе, почесывать голову и задаваться вопросом: «что это такое?»
Как вы считаете, почему именно ваша лаборатория сделала это открытие?
В мире осталось не так много специалистов по работе с электронными микроскопами. Представители нейронаук стремятся исследовать молекулярный, внутриклеточный аспект, механику, хотят быть более разносторонними. Посмертная диагностика человеческого тела с помощью микроскопа — редкое явление. Кроме нас этим занимается лишь одна группа. Дело в том, что для исследования специалистам нужно иметь либо доступ к банку мозга, либо к коллекциям образцов ткани с очень коротким посмертным интервалом. А такое происходит достаточно редко.
Алабамская коллекция образцов мозговой ткани, которая находится в вашем распоряжении, может как нельзя лучше послужить для исследования.
Да, но стоит сделать оговорку. Во время электронной микроскопии необходимо исследовать мозг в течение восьми часов после смерти. Средний посмертный интервал составляет от 24 до 30 часов. Таким образом, для моих исследований подходят лишь 10–15% образцов.
