Darmbakterien verändern das Gedächtnis
Für das Experiment haben die Forscher Mäuse das Fürchten gelehrt und zwar vor einem Ton. Jedes Mal, wenn dieser abgespielt wurde, bekamen die Tiere einen elektrischen Schock versetzt, der sie erstarren ließ. Auch wenn der Stromstoß in weiterer Folge ausblieb, bewegten sich die Tiere nicht mehr, sobald sie den Klang hörten. Erst als der Ton öfter ohne Schock gespielt wurde, vergaßen die Mäuse ihre Angst wieder.
Nicht so aber jene Mäuse, deren Darmbakteriengemeinschaft (Mikrobiom) zuvor durch Antibiotika geschwächt worden war. „Auch die dritte Gruppe von Mäusen, die gar ohne Darmbakterien gezüchtet wurde, vergaß die Angst nicht. Beide Gruppen erstarrten weiterhin, wenn sie den Klang hörten“, erklärt einer der Autoren, David Artis von der Cornell Universität.
Kein Vergessen
Der Unterschied zu den Mäusen, die die Angst vergessen haben, zeigte sich auch im Gehirn der Tiere. So konnten die Mäuse mit verändertem Mikrobiom schlechter nutzlose Verknüpfungen im Gehirn löschen und neue erzeugen. Dieser Veränderungsprozess ist aber wichtig für das Gedächtnis. „Es scheint hier einen Defekt zu geben, weshalb die manipulierten Mäuse vermutlich nicht vergessen konnten“, so der Immunologe Artis.
Die Forscher gingen noch eine Ebene tiefer und untersuchten einzelne Gehirnzellen der Mäuse. Das geschwächte Mikrobiom scheint dabei auch die Immunzellen des Gehirns zu verändern, die Mikroglia. Sie sind mitunter dafür verantwortlich, dass eben nutzlose oder schädliche Synapsen verschwinden. Bei den Mäusen mit den beeinträchtigten bzw. nicht vorhandenen Darmbakterien schienen die Gehirnimmunzellen eher unausgereift, was die Zellen daran gehindert haben könnte, normal zu funktionieren und die unberechtigte Angst vor dem Ton zu löschen, heißt es in der im Fachjournal Nature veröffentlichten Studie.
Wie Darm-Gehirn-Achse aussehen könnte
Immer wieder zeigten Untersuchungen in den vergangenen Jahren, dass das Mikrobiom das Verhalten bzw. die Psyche beeinflussen kann und umgekehrt – im Positivem wie im Negativen. Nun liefern Artis und seine Kollegen aber erstmals konkrete Hinweise, wie der Darm mit dem Gehirn kommuniziert und zwar über sogenannte Metaboliten bzw. Stoffwechselprodukte. Also über Moleküle, die bei der Verdauung im Darm entstehen. Vier davon stachen dabei heraus, da sie bei den bakterienlosen Mäusen in auffällig kleinen Mengen vorhanden waren. Diese Metaboliten kennt man auch im Zusammenhang mit menschlichen, psychiatrischen Beeinträchtigungen, wie etwa Schizophrenie oder Autismus.
Artis und sein Team schließen daraus, dass diese Darm-Moleküle direkt ins Gehirn wandern und dort bestimmte Neuronen beeinflussen. „Wir haben gesehen, dass bestimmte Metaboliten sehr gezielt nur bestimmte Neuronen beeinflussen. Wir beginnen aber erst zu verstehen, welche Moleküle hier genau mit welchen Neuronen interagieren.“
Noch viele Fragen offen
Fraglich ist auch noch, welche Darmbakterien letztlich für den Prozess entscheidend sind, der die unbegründete Angst aus dem Gehirn löscht. „Das können wir noch nicht sagen. Als wir aber den darmbakterienfreien Mäusen nur einzelne Bakterien gaben, von denen wir überzeugt waren, dass sie eine entscheidende Rolle spielen, veränderte sich nichts. Kein einzelner Organismus reichte aus.“ Erst als die Forscher den Mäusen ein komplettes gesundes Mikrobiom einpflanzten, konnten sie den Defekt tatsächlich beheben und die Mäuse konnten die Angst ebenfalls überwinden.
Eins zu eins auf den Menschen übertragen kann man diese Erkenntnisse aus der Mäusestudie nicht. Dennoch sei sie ein weiterer wichtiger Baustein, um die Verbindung zwischen Darm und Gehirn besser zu verstehen. Denkbar wäre es aber theoretisch, eines Tages Posttraumatische Belastungsstörungen auch mithilfe von Darmbakterien bzw. mithilfe ihrer Metaboliten zu behandeln. Denn auch hier geht es darum, Erlebnisse vergessen zu können.
Ruth Hutsteiner, Ö1-Wissenschaft