Исследователи обнаружили, что склонность мышей к физическим нагрузкам зависит от состава обитающих в их кишечнике симбиотических бактерий. Ученые определили выделяемые бактериями химические вещества, которые создают сигнал системы вознаграждения мозга, когда мыши бегают в своих колесах.
Для этого микробиолог из Пенсильванского университета Кристоф Тайсс (Christoph Thaiss) и его коллеги выявили мышей, бегавших чаще и дольше по сравнению с их сородичами. Индивидуальные различия между мышами оказались довольно велики: одни пробегали в колесе более 30 километров за 48 часов, другие редко подходили к беговому колесу. У активных и ленивых мышей не было каких-либо существенных различий в генетике или биохимии. Но исследователи заметили, что после введения антибиотиков мыши, которые обычно были очень энергичными, как правило, начинали бегать меньше. Последующие исследования показали, что лечение антибиотиками повлияло на мозг ранее активных мышей. Активность определенных генов мозга снизилась вместе с уровнем дофамина, нейротрансмиттера, который был связан с «удовольствием бегуна» — чувством наслаждения, которое приходит после продолжительных физических упражнений.
Ученые также обнаружили, что «безмикробные» мыши, у которых отсутствуют кишечные бактерии, становятся более активными, когда получают некоторых кишечных бактерий от энергичных мышей. Похоже, что эти бактерии посылают сигнал, который замедляет работу фермента, ответственного за расщепление дофамина в мозге, заставляя нейротрансмиттер накапливаться в центре вознаграждения мозга.
Изучая других мышей, у которых отсутствуют определенные нервные клетки, и химически блокируя активность нервов, которые передают сообщения от кишечника к мозгу, исследователи определили, что сигнал, усиливающий дофамин, достигает мозга через нервы в позвоночнике. Стимулируя эти нервы, они смогли вызвать желание бегать даже у мышей, у которых не было кишечных бактерий. Тайсс и его коллеги изолировали эти спинномозговые нервы и подвергли их воздействию подмножеств кишечных бактерий, а также веществ, которые бактерии выделяют. Когда они давали мышам, кишечный микробиом которых был уничтожен антибиотиками, один из типов этих веществ, амиды жирных кислот, уровень дофамина в мозгу мышей при физической нагрузке повышался. Также такой эффект возник, когда другую бактерию наделили генами, отвечающими за выработку амидов жирных кислот, и скормили стерильным мышам.
Возможен ли такой эффект у людей? «Я была бы крайне осторожна в экстраполяции этих результатов на физиологию человека», — говорит физиолог Джулин Зират (Juleen Zierath) из Каролинского института. Исследователи отмечают, что структура мышц и биохимия грызунов отличаются от человеческих. Тем не менее исследования показали, что у марафонцев наблюдается высокий уровень определенной кишечной бактерии, что свидетельствует в пользу связи физических упражнений и кишечного микробиома у людей. И во многих работах продемонстрирована ключевая роль дофамина в мотивации поведения в целом.
Исследование опубликовано в журнале Nature.