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Come i microbi nell'intestino di una madre influenzano il neurosviluppo fetale

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i miliardi di batteri e altri microbi che vivono nell'intestino di una madre regolano i metaboliti chiave, piccole molecole importanti per lo sviluppo sano del cervello fetale.

Come i microbi nellintestino di una madre influenzano il neurosviluppo fetale

Gli scienziati non sapevano fino ad ora se il microbiota intestinale materno influenzasse lo sviluppo del cervello durante i periodi prenatali critici.


Durante la gravidanza nei topi, i miliardi di batteri e altri microbi che vivono nell'intestino di una madre regolano i metaboliti chiave, piccole molecole che sono importanti per lo sviluppo sano del cervello fetale, riportano i biologi dell'UCLAsulla rivista Nature.

Mentre il microbioma intestinale materno è stato associato ad anomalie nella funzione cerebrale e nel comportamento della prole - spesso in risposta a fattori come infezioni, una dieta ricca di grassi o stress durante la gravidanza - gli scienziati non avevano saputo fino ad ora se influenzasse lo sviluppo del cervello durante i periodi prenatali critici e in assenza di tali sfide ambientali.

Per testare l'impatto che il microbioma intestinale ha sui metaboliti e altri prodotti biochimici che circolano nel sangue materno e nutrono il cervello fetale in rapido sviluppo, i ricercatori hanno allevato topi che sono stati trattati con antibiotici per uccidere i batteri intestinali, nonché topi che sono stati allevati in assenza di microbiota in un laboratorio.

"L'esaurimento del microbioma intestinale materno, utilizzando entrambi i metodi, ha interrotto in modo simile lo sviluppo del cervello fetale", ha detto l'autore principale dello studio, Helen Vuong, una studiosa post-dottorato nel laboratorio di Elaine Hsiao dell'UCLA.

L'esaurimento del microbioma intestinale materno ha alterato i geni attivati ​​nel cervello della prole in via di sviluppo, inclusi molti geni coinvolti nella formazione di nuovi assoni all'interno dei neuroni, ha detto Vuong. Gli assoni sono minuscole fibre che collegano le cellule cerebrali e consentono loro di comunicare.

In particolare, i ricercatori hanno scoperto che gli assoni che collegano il talamo del cervello alla sua corteccia erano ridotti in numero e in lunghezza.

"Questi assoni sono particolarmente importanti per la capacità di percepire l'ambiente", ha detto Vuong. "Coerentemente con questo, la prole di madri prive di un microbioma intestinale ha avuto menomazioni in particolari comportamenti sensoriali".

I risultati indicano che il microbioma intestinale materno può promuovere uno sviluppo sano del cervello fetale regolando i metaboliti che entrano nel cervello fetale stesso, ha detto Vuong.

"Quando abbiamo misurato i tipi e i livelli di molecole nel sangue materno, nel sangue fetale e nel cervello fetale, abbiamo scoperto che particolari metaboliti erano comunemente diminuiti o assenti quando alla madre mancava un microbioma intestinale durante la gravidanza", ha detto.

I biologi hanno quindi fatto crescere i neuroni in presenza di questi metaboliti chiave. Hanno anche introdotto questi metaboliti nei topi gravidi impoveriti di microbioma.

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"Quando i neuroni sono cresciuti in presenza di questi metaboliti, hanno sviluppato assoni più lunghi e ne erano un numero maggiore ", ha detto Vuong. "E quando abbiamo integrato i topi gravidi con metaboliti chiave che erano diminuiti o mancanti, i livelli di quei metaboliti sono stati ripristinati nel cervello fetale e sono state prevenute le menomazioni nello sviluppo degli assoni e nel comportamento della prole".

"Il microbioma intestinale ha l'incredibile capacità di regolare molte sostanze biochimiche non solo nella madre incinta, ma anche nel feto in via di sviluppo e nel cervello fetale", ha detto Vuong. "I nostri risultati evidenziano anche che i metaboliti selezionati promuovono la crescita degli assoni".

I risultati suggeriscono che le interazioni tra il microbiota e il sistema nervoso iniziano prenatalmente attraverso l'influenza del microbioma intestinale materno sul cervello fetale, almeno nei topi.

L'applicabilità dei risultati agli esseri umani non è ancora chiara, ha detto l'autore senior dello studio, Elaine Hsiao, professore associato di biologia e fisiologia integrativa dell'UCLA e di microbiologia, immunologia e genetica molecolare presso l'UCLA College.

"Non sappiamo se e come i risultati possano applicarsi agli esseri umani", ha detto Hsiao, che è anche professore associato di malattie digestive presso la David Geffen School of Medicine della UCLA.

"Tuttavia, ci sono molti disturbi dello sviluppo neurologico che si ritiene siano causati da fattori di rischio sia genetici che ambientali sperimentati durante la gravidanza.Il nostro studio suggerisce che anche il microbiota intestinale materno durante la gravidanza dovrebbe essere considerato e ulteriormente studiato come un fattore che potrebbe potenzialmente influenzare non solo la salute della madre ma anche la salute della prole in via di sviluppo ".

Hsiao, Vuong e colleghi hanno riferito nel 2019 che la serotonina e i farmaci che prendono di mira la serotonina, come gli antidepressivi, possono avere un effetto importante sul microbiota intestinale.
Nel 2018, Hsiao e il suo team hanno stabilito un nesso causale tra suscettibilità alle crisi epilettiche e microbioma intestinale e hanno identificato batteri intestinali specifici che svolgono un ruolo essenziale negli effetti antiepilettici della dieta chetogenica.

 


Reference:
Helen E. Vuong, Geoffrey N. Pronovost, Drake W. Williams, Elena J. L. Coley, Emily L. Siegler, Austin Qiu, Maria Kazantsev, Chantel J. Wilson, Tomiko Rendon, Elaine Y. Hsiao. The maternal microbiome modulates fetal neurodevelopment in mice. Nature, 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2745-3

 


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Tags: gravidanza biologia neurosviluppo feto

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