Патобиом мозга может быть скрытым виновником болезни Альцгеймера

Новые исследования указывают на возможность того, что патобиом мозга может играть роль в развитии болезни Альцгеймера и связанных с ней деменций.

Изучая образцы мозга, ученые обнаружили, что мозг людей с болезнью Альцгеймера имеет заметно отличающиеся бактериальные профили по сравнению с мозгом здоровых сверстников.

Это говорит о том, что определенные наборы бактерий в мозге могут быть предикторами болезни Альцгеймера. Более того, эти уникальные бактериальные профили были также обнаружены в мозге, пораженном БАС, что указывает на потенциальное влияние на другие неврологические расстройства.

Патобиом — что это такое?

Микробиом человека включает генетический материал более чем 100 триллионов крошечных микроорганизмов — грибов, дрожжей, бактерий и даже вирусов, большинство из которых обитают в нашем желудочно-кишечном тракте и служат хранителями нашего здоровья. Но когда здоровый микробиом уступает место дисбалансу — «патобиому» — может возникнуть любое количество проблем со здоровьем — от ревматоидного артрита до бактериального вагиноза.

Новые данные, опубликованные в научном журнале Frontiers in Cellular and Infection Microbiology исследователями из Медицинского колледжа Дрекселя (Drexel’s College of Medicine), дают больше доказательств возможности того, что патобиома головного мозга может привести к некоторым формам болезни Альцгеймера и связанных с ней деменций.

Когда биомы становятся патогенными, либо из-за инвазии внешних патогенов, либо из-за серьезного изменения относительной численности присутствующих видов микроорганизмов, возникает дисбактериоз или дисбаланс в микробиоте. Этот дисбактериоз может изменить метаболизм человека и вызвать воспаление, которое связано с повреждением тканей, наблюдаемым при язвенном колите, ревматоидном артрите и многих других хронических воспалительных заболеваниях.

Изучая 130 образцов донорского мозга 32 человек – 16 с болезнью Альцгеймера и 16 контрольных людей того же возраста без болезни, исследователи обнаружили бактериальную флору во всех тканях мозга, однако мозг людей с болезнью Альцгеймера показал совершенно другие бактериальные профили по сравнению с их возрастными элементами.

Группа ученых использовала полноразмерное секвенирование гена 16s рибосомальной РНК — метод, который может обнаружить любые виды бактерий, присутствующие в образце. В ходе этого процесса исследователи определили специфические для болезни наборы бактерий почти во всех мозгах, пораженных болезнью Альцгеймера, предполагая, что эти группы бактерий являются сильными предикторами заболевания.

Ученые обнаружили пять микробиомов мозга, четыре из которых, как предполагается, присутствуют в разные периоды эволюции мозга, страдающего болезнью Альцгеймера. Авторы исследования заявили, что вполне вероятно, что наблюдаемые микробиомы болезни Альцгеймера развиваются и становятся более патогенными по мере прогрессирования заболевания, а более поздние стадии характеризуются как патобиом.

Ученые предполагают, что мозг начинается со здорового биома, но по мере развития болезни здоровый биом вытесняется, поскольку новый набор микроорганизмов заменяет исходные здоровые, что в конечном итоге приводит к появлению патобиома болезни Альцгеймера.

Образцы обоих наборов образцов мозга были взяты из лобных и височных долей и энторинальной коры.

Основываясь на случайном распределении микробиомов, требующих доставки по всему мозгу, результаты соответствовали сбою в одной или нескольких сетях мозга; однако еще слишком рано говорить, являются ли наблюдаемые закономерности распределения результатом нарушения гематоэнцефалического барьера, глимфатической системы мозга или синаптонемальной передачи, которая позволила бактериям, включая Cutibacterium Acnes (ранее называвшиеся Proprionibacterium Acnes), Mmethylobacterium, Bacillus, Caulobacter, Delftia, и Вариовора для проникновения в мозг.

Исследователи отметили, что в образцах мозга людей, страдающих болезнью Альцгеймера, эти патогенные бактерии, по-видимому, одолели и заменили Comamonas sp. бактерии, которые связаны с отсутствием деменции в мозге.

«Возможно, разрушение бактерий Comamonas, которые являются частью здорового микробиома мозга, является первым признаком надвигающейся деменции», — считает Гарт Эрлих (Garth Ehrlich), профессор, автор статьи.

«Сейчас мы придумываем вопросы для будущих исследований, но гипотез много. Виновником могут быть бактерии или что-то еще – например, грибки, паразиты или вирусы – одновременно».

Когда у пациента имеется болезнь Альцгеймера, развивается воспаление в головном мозге, характеризующееся отложениями бета-амилоида, которые образуются за счет увеличения выработки пептида Aβ (противомикробного пептида, который является частью врожденного иммунного ответа), что приводит к образованию амилоидных бляшек в мозге.

Аналогичным образом, для болезни Альцгеймера характерны клубки тау-белков, обнаруживаемые в клетках, которые характеризуются аномальным фосфорилированием, что в конечном итоге приводит к разрушению синапсов и нейронов, но также было продемонстрировано, что они помогают остановить распространение патогенов в мозге.

Эти белково-ориентированные патологии, известные как «гипотеза амилоидного каскада», были в центре внимания исследований болезни Альцгеймера на протяжении десятилетий. Недавно исследования бросили вызов этой модели, предполагая роль бактерий, грибов и вирусов, иммунной системы и воспаления мозга, которую некоторые ученые называют «гипотезой патогена».

«Многочисленные исследования показали наличие бактерий в мозге людей, страдающих болезнью Альцгеймера», — добавляет Джеффри Лапидес (Jeffrey Lapides), профессор Медицинского колледжа и автор исследования.

«Возможно, бляшки, компоненты которых обладают антимикробными свойствами in vitro, не являются непосредственной причиной болезни Альцгеймера, а являются реакцией на бактерии в мозге – некоторые доброкачественные, некоторые патогенные, возможно, вызывающие повреждение, которое еще не привело к когнитивным нарушениям».

Этот уникальный набор бактерий, обнаруженный в мозге, пораженном болезнью Альцгеймера, также часто встречается в мозге, пораженном нейродегенеративным заболеванием, боковым амиотрофическим склерозом, или БАС, что позволяет предположить, что этот набор бактерий может способствовать более чем одному неврологическому заболеванию.

Следующим шагом в этом исследовании, по мнению авторов, является изучение возможного вклада других микроорганизмов и выяснение того, что физиологически произошло в мозге, заставив этот микробиом измениться с течением времени.

«Развитие болезни Альцгеймера и других деменций является сложным процессом и, вероятно, включает взаимодействие многих систем», — утверждает Эрлих.

«Я верю в то, что чем больше инфекций попадает в мозг, тем выше риск развития болезни Альцгеймера. Существует множество патогенов, которые, вероятно, увеличивают риск. Этот патобиом — не полный ответ, но это часть головоломки».

По словам команды ученых, точное расположение патологических бактерий в мозге также остается открытым вопросом. Исследователям необходимо более точно знать, где находятся бактерии, чтобы лучше понять роль, которую они играют.

Авторы обнаружили, что когда патобиом локализуется в лобной доле, вероятность наличия болезни Альцгеймера очень высока. В височной доле вероятность развития меньше.

Несмотря на множество неизвестных, авторы считают, что это значительный шаг вперед в изучении микробиома.

«Сила нашей работы также заключается в том, чтобы объединить революционную технологию секвенирования и самые передовые и инновационные статистические подходы», — заключает ведущий автор исследования Ив Моне (Yves Moné). «Анализ данных микробиома, как известно, является сложной задачей без какого-либо золотого стандарта, и эта работа может внести значительный вклад в область анализа данных микробиома».

Авторы другого исследования утверждают, что искусственный интеллект раскрывает тайны старения мозга