Самарские биологи экспериментально определили, как антибиотики влияют на поведение и настроение крыс

Грызуны от антибиотиков глупеют, теряют любознательность и память и впадают в стресс.

Биологи Самарского университета им. Королёва в рамках экспериментального исследования определили, как меняются поведенческие реакции и когнитивные (умственные) способности крыс после приема антибиотиков. Данное исследование должно расширить научные знания о том, как взаимосвязаны мозг и микробиота – кишечная микрофлора животных и человека, которая, как правило, серьезно страдает в ходе антибиотиковой терапии.

Обитающие в кишечнике бактерии выделяют особые биологически активные вещества, влияющие на состояние мозга и нервной системы. Когда бактерии гибнут от антибиотиков, эти вещества перестают образовываться и их полезное регулирующее влияние на мозг прекращается, что отражается на поведении и настроении живого существа и, возможно, приводит к возникновению неврологических заболеваний. Результаты экспериментов представлены в статье, опубликованной в российском научном журнале «Патогенез».

«В настоящее время исследования взаимосвязи мозга и микробиоты кишечника весьма актуальны в плане изучения патогенеза различных неврологических заболеваний человека, в том числе, например, болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, рассеянного склероза, шизофрении, депрессии. Как было ранее экспериментально подтверждено, у пациентов с данными заболеваниями довольно часто встречаются дисбиоз кишечной микрофлоры и нарушения функциональной активности кишечника. Согласно современным научным представлениям, кишечные бактерии являются источником различных биологически активных веществ, способных проникать в мозг через гематоэнцефалический барьер и оказывать определенное модулирующее влияние на структуры мозга и синаптическую нейропередачу. Известны данные о влиянии таких веществ на функции мозга посредством блуждающего нерва. Наше экспериментальное исследование на грызунах поможет дополнить имеющиеся научные данные в этой области», – рассказал Владимир Беляков, доцент кафедры физиологии человека и животных Самарского университета им. Королёва.

Как отметил ученый, обычно в подобных исследованиях, посвященных нарушениям кишечной микробиоты, основное внимание уделяется влиянию этих нарушений на какой-то определенный отдел мозга и его конкретную функцию. Самарские же исследователи применили комплексный подход и выявляли изменения различных составляющих целостного паттерна поведения животных. В ходе экспериментов строго соблюдались нормы биоэтического отношения к лабораторным животных, а протокол экспериментов был утвержден на заседании университетской комиссии по биоэтике.

Исследование проводилось на взрослых крысах-самцах, которых разделили на две группы – экспериментальную и контрольную. Крысам в экспериментальной группе раз в день в течение десяти суток перорально давали (впрыскивали в рот) суспензию из трех распространенных антибактериальных препаратов. Крысы контрольной группы антибиотиков не получали.

Количественный и качественный состав микробиоты кишечника изучался путем посева фекальных масс на специальных питательных средах с последующим применением технологий масс-спектрометрии и световой микроскопии.

Для оценки происходящих изменений в поведении подопытных использовались стандартные лабораторные установки для экспериментов с грызунами, в том числе «Приподнятый крестообразный лабиринт» (позволяет оценить уровень тревожности животного), «Лабиринт Барнс» (позволяет исследовать процессы пространственной памяти) и установка «Открытое поле» – с ее помощью можно выявлять целый комплекс поведенческих компонентов: двигательную активность грызунов, их уровень тревожности, степень выраженности исследовательского поведения.

«В ходе исследования нами было установлено, что комплексное воздействие антибиотиков приводило к значимым неблагоприятным изменениям в состоянии кишечной микробиоты и поведенческих реакций в различных тестовых установках. Например, у крыс резко снижалась мотивация к обследованию специальных отверстий в арене установки «Открытое поле». Это означало, что у них возникал дефицит ориентировочно-исследовательской активности. Данный поведенческий показатель у крыс, получавших антибиотики, снижался более чем на 30% по сравнению с крысами контрольной группы. Значительное снижение происходило и по другим важным поведенческим показателям», – отметила Юлия Кулагина, студентка биологического факультета Самарского университета им. Королёва.

В установке «Приподнятый крестообразный лабиринт» крысы с нарушениями микробиоты стремились избегать освещенных открытых территорий и предпочитали находиться в закрытых отсеках установки, что свидетельствует о росте уровня тревожности. Крысы из контрольной группы, напротив, к концу эксперимента гораздо более активно осваивали хорошо освещенные и открытые территории лабиринта, т.е. проявляли поведенческие показатели относительно комфортного состояния.

В эксперименте на установке «Лабиринт Барнс» грызунам необходимо найти «спасительную норку» и запомнить ее месторасположение. Крысы, не получавшие антибиотиков, быстро запоминали, где находится «норка», и, попадая в лабиринт в третий раз, они успешно выполняли задание в среднем на 24% быстрее, чем при первом своем прохождении задания. Крысы, получавшие антибиотики, с большим трудом запоминали месторасположение «норки», и каждое выполнение этого задания было для них как в первый раз, что указывает на серьезное снижение функции пространственной памяти.

«Как подтвердили эксперименты, нарушения кишечной микробиоты, связанные с приемом антибиотиков, приводят к значимым неблагоприятным изменениям микробного состава кишечника и формированию особого паттерна поведения с низким уровнем исследовательской активности, повышенной тревожностью и дефицитом пространственной памяти. Из-за нарушения кишечной микробиоты происходит снижение выработки короткоцепочных жирных кислот, биогенных аминов и других веществ с нейромодуляторными эффектами, что может приводить к дефициту когнитивных функций, нарушениям эмоционального состояния и, как следствие, формированию поведения с меньшим приспособительным потенциалом», – подытожил Владимир Беляков.