Untersuchung an Zebrafischen und Mäusen: Forschende entdecken Darm-Hirn-Verbindung für soziale Entwicklung

Wenn es darum geht, soziales Miteinander mit Artgenossen zu lernen, müssen Zebrafische ihrem Bauchgefühl vertrauen.

Darmmikroben regen spezialisierte Zellen dazu an, überflüssige Synapsen in neuronalen Schaltkreisen im Gehirn, die das Sozialverhalten steuern, zu eliminieren, wie neue Forschungen zeigen. Dieses „Pruning“ ist wesentlich für die Entwicklung eines normalen Sozialverhaltens.

Die Wissenschaftler stellten bei ihren Untersuchungen auch fest, dass diese „sozialen“ Neuronen bei Zebrafischen und Mäusen ähnlich sind. Das deutet darauf hin, dass die Ergebnisse über Arten hinweg übertragbar sein könnten – und möglicherweise den Weg zu Behandlungen für eine Reihe von neurologischen Entwicklungsbedingungen weisen.

„Dies ist ein großer Schritt nach vorne“, erklärt die Neurowissenschaftlerin Judith Eisen von der University of Oregon (USA), die die Arbeit gemeinsam mit ihrem Fachkollegen Philip Washbourne leitete. „Es wirft auch ein Licht auf Dinge, die in größeren, pelzigen Tieren vor sich gehen.“ Das Team berichtet über seine Ergebnisse in zwei neuen Artikeln, die in „PLOS Biology“ und „BMC Genomics“ veröffentlicht wurden.

Das Sozialverhalten ist ein komplexes Phänomen, an dem viele Teile des Gehirns beteiligt sind. Forschende aus Washbournes Labor hatten bereits in der Vergangenheit eine Reihe von Neuronen im Gehirn von Zebrafischen identifiziert, die für eine bestimmte Form der sozialen Interaktion erforderlich sind. Bemerken sich zwei Zebrafische durch eine durchsichtige Trennwand hindurch, nähern sie sich normalerweise einander und schwimmen Seite an Seite. Zebrafische ohne die entsprechenden Neuronen aber zeigen kein Interesse am Gegenüber. Hier fand die Arbeitsgruppe eine Leitungsbahn, die Mikroben im Darm mit diesen Neuronen im Gehirn verbindet. Bei gesunden Fischen regten Darmmikroben Mikroglia dazu an, zusätzliche Verbindungen zwischen Neuronen zu eliminieren. Bei Zebrafischen ohne diese Darmmikroben fand kein Pruning statt – die Fische zeigten soziale Defizite.

„Wir wissen seit einiger Zeit, dass das Mikrobiom viele Dinge während der Entwicklung beeinflusst“, sagt Washbourne. „Aber es gab nicht viele konkrete Daten darüber, wie das Mikrobiom das Gehirn beeinflusst. Wir haben hier Grenzen sprengen können.“

In einer zweiten Veröffentlichung identifizierte das Team zwei charakteristische Merkmale dieser Gruppe von für soziale Interaktion verantwortlichen Neuronen, die möglicherweise Mäusen und Zebrafischen gemeinsam sind. Eines dieser Merkmale ist, dass diese Zellen mittels der Aktivierung ähnlicher Gene identifiziert werden könnten – ein Hinweis darauf, dass sie im Gehirn sowohl von Mäusen als auch von Zebrafischen ähnliche Rollen spielen könnten. Solche Signaturmerkmale könnten verwendet werden, um Neuronen zu identifizieren, die diese Rolle in unterschiedlichen Gehirnen übernehmen. Die andere ist, dass „Neuronen mit der gleichen Gensignatur in Mäusen ungefähr an den gleichen Stellen im Gehirn sitzen wie die sozialen Neuronen des Zebrafisches“, erklärt Eisen.

Diese Ergebnisse stützt die Überzeugung der Wissenschaftler, dass ihre Arbeit an Zebrafischen auf Mäuse oder Menschen übertragbar sein könnte.