Umkehr altersbedingter kognitiver Einbußen und verbesserte Gedächtnisbildung bei Mäusen durch verstärkte Darm-Hirn-Signale

• Durch das Altern kommt es zu Veränderungen im Darmmikrobiom, wodurch die Signalübertragung des Vagusnervs zwischen Darm und Gehirn geschwächt wird und die Fähigkeit zur Gedächtnisbildung abnimmt
• Das Forschungsteam stellte durch Vagusnerv-Stimulation Gedächtnis und Lernfähigkeit alter Mäuse auf das Niveau junger Tiere wieder her
• Eine Zunahme des bestimmten Bakteriums Parabacteroides goldsteinii ist direkt mit verringerter Hippocampus-Aktivität und nachlassender kognitiver Leistung verbunden
• Entzündungsreaktionen im Darm hemmen die Vagusnerv-Signale und wirken in diesem Prozess als direkte Ursache des Gedächtnisabbaus
• Die Steuerung der Darm-Hirn-Verbindung wird als therapeutische Strategie zur Umkehr altersbedingter kognitiver Einbußen vorgestellt

---

Zusammenhang zwischen Darmmikrobiom und kognitiver Funktion

• Veränderungen in der Zusammensetzung des Mikrobioms alternder Mäuse stehen mit kognitivem Abbau in Zusammenhang
  • Immunzellen erkennen diese Veränderungen und lösen Entzündungsreaktionen aus, die die Signalübertragung des Vagusnervs stören
  • Dadurch nimmt die Aktivität des Hippocampus ab und die Fähigkeit zur Gedächtnisbildung wird geschwächt
• Durch Vagusnerv-Stimulation wurden Gedächtnisleistung und räumliche Orientierungsfähigkeit alter Mäuse auf das Niveau junger Mäuse zurückgeführt
• Das Forschungsteam bestätigte, dass Gedächtnisabbau nicht nur durch Faktoren im Gehirn selbst, sondern auch durch Veränderungen im Darmmilieu reguliert werden kann

Experimente zum Austausch des Darmmikrobioms

• Als junge Mäuse (2 Monate) und alte Mäuse (18 Monate) zusammen gehalten wurden, veränderte sich das Darmmikrobiom der jungen Mäuse in Richtung eines alten Profils
  • Sie zeigten verminderte Leistungen bei der Erkennung neuer Objekte und dem Entkommen aus einem Labyrinth und verhielten sich ähnlich wie alte Mäuse
• In keimfreier Umgebung aufgezogene Mäuse zeigten keinen Gedächtnisabbau
  • Erhielten junge Mäuse jedoch eine Transplantation des Mikrobioms alter Mäuse, verschlechterte sich ihre kognitive Leistung abrupt
• Umgekehrt erholte sich die kognitive Funktion, als jungen Mäusen mit einem alten Mikrobiom zwei Wochen lang Breitbandantibiotika verabreicht wurden

Rolle bestimmter Bakterien und Metaboliten

• Bei alternden Mäusen nimmt der Anteil von Parabacteroides goldsteinii zu, und dieses Bakterium steht in direktem Zusammenhang mit Gedächtnisverlust
  • Wird dieses Bakterium in den Darm junger Mäuse eingebracht, kommt es zu verringerter Hippocampus-Aktivität und schlechterer kognitiver Leistung
• Die Zunahme dieses Bakteriums erhöht die Konzentration von mittelkettigen Fettsäuren (medium-chain fatty acids),
  • die bei myeloiden Immunzellen (myeloid cells) Entzündungsreaktionen auslösen
  • Diese Entzündungen hemmen die Aktivität des Vagusnervs und die Funktion des Hippocampus und führen dadurch zu verminderter Gedächtnisbildung

Vagusnerv-Stimulation und Erholungseffekt

• Nach der Verabreichung eines Vagusnerv-aktivierenden Moleküls an alte Mäuse stellte sich ihre kognitive Funktion so stark wieder her, dass sie von jungen Mäusen kaum zu unterscheiden waren
• Das Forschungsteam identifizierte einen dreistufigen Pfad aus Darmalterung → Mikrobiomveränderung → Immunentzündung → Hemmung des Vagusnervs → Gedächtnisabbau
• Wird dieser Pfad durch Vagusnerv-Stimulation umgekehrt, kann die Gedächtnisfunktion wiederhergestellt werden

Anwendbarkeit beim Menschen und weitere Forschung

• Das Forschungsteam untersucht derzeit, ob derselbe Darm-Hirn-Signalweg auch beim Menschen existiert
• Vagusnerv-Stimulation ist bereits eine von der FDA zugelassene Technik zur Behandlung von Depressionen, Epilepsie und der Rehabilitation nach Schlaganfall
• Es wird das Potenzial für die Entwicklung nichtinvasiver Methoden zur Verbesserung kognitiver Funktionen durch die Steuerung von Stoffwechselprodukten des Darmmikrobioms aufgezeigt
• Darmsignale könnten eine wichtige Rolle bei der Kontextualisierung (contextualization) der Gedächtnisbildung spielen
• Die Studie wurde federführend von Stanford Medicine und dem Arc Institute durchgeführt und in Nature veröffentlicht

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Viele werten diesen Artikel ab, weil im Titel nicht erwähnt wird, dass es um Mäuse geht, aber dass Darmmikroben das menschliche Verhalten beeinflussen, wurde bereits mehrfach dokumentiert.
  Der Teil mit der verbesserten Gedächtnisleistung ist interessant, aber alle scheinen das einfach nur lächerlich zu finden, deshalb hier ein paar spannende Beispiele.

  • "My butt made me crave candy"
  • "Gee, I'm not bipolar anymore thanks to my husband's butt juice infusion"
    Eine wirklich bizarr, aber faszinierende Welt.
  • Ich glaube auch, dass an dieser Forschung etwas dran ist.
    Nachdem ich mit Alkohol und Drogen aufgehört hatte, vor allem mit Marihuana, meine Ernährung umgestellt hatte, mein Sodbrennen ohne Medikamente in den Griff bekam und regelmäßige Essenszeiten einhielt, hatte ich das Gefühl, mein Gedächtnis käme zurück.
    Ich hatte auch eine Gallenblasenentfernung, aber das hat das Problem nicht gelöst; stattdessen bin ich viel bewusster damit umgegangen, welche Arten von Lebensmitteln ich esse und wie vielfältig sie sind.
    Ich denke besonders, dass Alkohol mein Darmmikrobiom und mein Verdauungssystem ruiniert hat.
  • Unter HN-Nutzern gibt es viele, die glauben, mehr von Wissenschaft zu verstehen, nur weil sie p-hacking oder die Grenzen von Tiermodellen kennen.
  • Ich halte die Forschung zum Darmmikrobiom für überbewertet.
    Auch eine Studie, die Stuhltransplantationen zur Behandlung psychischer Erkrankungen ausprobiert hat, zeigte keinen Effekt.
    Bei solcher Forschung ist es oft so, dass die Effekte verschwinden, sobald man verblindete Experimente macht.
  • Es gab früher auch eine South-Park-Folge über Tom Bradys Stuhltransplantation.
  • Der Ausdruck „butt juice infusion“ ist einfach zu lustig xD

• Auch wenn das eine Mausstudie ist, gibt es viele Arbeiten, die auch beim Menschen die Darm-Hirn-Verbindung stützen.
  Interessant an der Arbeit ist, dass eine Injektion mit einer sehr niedrigen Dosis Capsaicin (5 μg/kg) die FOS-Aktivierung im Hippocampus und das Gedächtnis alter Mäuse vollständig wiederhergestellt hat.
  Das würde bedeuten, dass sogar der Stoff in Cayennepfeffer-Präparaten dafür infrage käme.
  Verwandte Bücher sind The Mind-Gut Connection und The Psychobiotic Revolution.

  • Ich habe zwar nicht Neurowissenschaften studiert, aber mein Professor sagte immer: „Bei Mäusen kann man alles heilen.“
    Bei Demenz, Sucht, kognitivem Abbau und Ähnlichem gibt es bei Mäusen erstaunliche Ergebnisse, die sich beim Menschen fast nie reproduzieren lassen.
  • Ich liebe Chilis so sehr, dass ich verschiedene Sorten fast als eine eigene Lebensmittelgruppe betrachte, aber ich weiß nicht, ob oral aufgenommenes Capsaicin das Gedächtnis beeinflusst.
    Injiziertes Capsaicin könnte den Hippocampus anders beeinflussen, aber ich kenne den Absorptionsmechanismus nicht gut genug und müsste dazu mehr nachlesen.
  • Es gibt unzählige Arbeiten darüber, dass irgendeine simple Zutat bei Mäusen Wunder wirkt.
    Aber das meiste davon ist nicht reproduzierbar.
    Deshalb glaube ich bei zu gut klingenden Ergebnissen nicht mehr einer einzelnen Studie.

• Ich denke, bei diesem Thema gibt es ein kulturelles Tabu.
  Ausscheidung ist wie Sex oder Tod ein Thema, über das man in zivilisierten Gesellschaften nur ungern spricht, aber tatsächlich stehen Verdauung und Ausscheidung im Zentrum der menschlichen Existenz.
  So klug das Gehirn auch sein mag: Um es zu erhalten, braucht es am Ende eben doch „dort unten“.

• Interessant ist, dass junge Mäuse altes Verhalten zeigen, wenn man ihnen Bakterien alter Mäuse gibt, während es umgekehrt nicht zu Verjüngung führt.
  Offenbar haben gealterte Bakterien eine dominante Eigenschaft.

• Die Menschen sollten viel mehr Ballaststoffe essen.
  Sie reinigen Darm und Leber, binden Cholesterin, verlangsamen die Insulinreaktion und sorgen länger für Sättigung.
  Auch das Darmmikrobiom braucht Ballaststoffe.
  Wichtiger als Modediäten ist, einfach zu essen, was man mag, und dabei jeden Tag genug Ballaststoffe aufzunehmen.

  • Stimme zu. Wenn man annimmt, dass es im Darm zwei Arten von Mikroben gibt, dann vermehrt sich A schnell bei einer kalorienreichen, ballaststoffarmen Ernährung, während B sich bei einer ballaststoffreichen Ernährung langsam vermehrt.
    A könnte ungesunde Essensentscheidungen beim Menschen fördern, B dagegen nicht.
    Es lohnt sich also, darüber nachzudenken, welche Mikroben man im eigenen Darm haben möchte.
  • Ich mache etwas Ähnliches. Ich füge praktisch jedem Essen Chiasamen hinzu und esse oft Edamame, Gojibeeren und Erbsen.
    Das hat mit Gesundheit zu tun, aber auch damit, dass ich Krafttraining mache und möglichst viel Protein über normale Lebensmittel aufnehmen will.
  • Der Schlüssel dazu ist, unverarbeitete Naturprodukte zu essen.
  • Empfehlenswert ist auch die derzeit viel beachtete resistente Stärke (resistant starch).
    Passendes Video
  • Dieser Beitrag handelt von wissenschaftlicher Forschung, deshalb ist es etwas schade, dass nur persönliche Meinungen dazu kamen.

• Nicht „du“ verlangst nach dem Essen, sondern dein Darmmikrobiom.
  Wenn zum Beispiel Mikroben, die Zucker fressen, keinen Zucker bekommen, senden sie Signale ans Gehirn, die sagen: „Gib mir mehr.“
  Deshalb verschwinden Gelüste irgendwann, wenn man Süßes weglässt: Diese Mikroben sterben oder werden inaktiv.

  • Die Formulierung „Wir haben keine Gelüste“ ist missverständlich.
    Mikroben mögen Einfluss haben, aber auch der Mensch selbst ist ein Wesen mit Bedürfnissen.
  • Wenn das stimmen würde, dann müsste bei der Einnahme von Antibiotika das Verlangen nach Zucker verschwinden.
    Das ist aber nicht der Fall. Menschen haben sich evolutionär so entwickelt, dass sie schmackhafte Nahrung bevorzugen.
  • Ich halte das für eine völlig absurde Theorie.
  • Wie bei Richard Dawkins’ „Selfish Gene“ kommt mir der Begriff „Selfish Tube“ in den Sinn.
    Letztlich ist der Mensch vielleicht ein Wesen, das rund um seinen GI tract lebt.

• Diese Arbeit ist sehr gut konzipiert und interpretiert die mögliche Übertragbarkeit auf den Menschen mit Vorsicht.
  Auch der Nature-Originalartikel ist frei zugänglich, und besonders der Diskussionsteil ist beeindruckend.

• In Datis Kharrazians Buch Why Isn't My Brain Working? von 2014 wurde diese Darm-Hirn-Verbindung bereits behandelt.

• Die Daten sehen zu gut aus, um glaubwürdig zu sein.
  Bei solchen Arbeiten stellt sich ein paar Jahre später meist heraus, dass vieles nicht stimmt.
  Als Beispiel kann man diesen Fall einer Rücknahme bei Science anführen.

  • Die Daten sind nicht öffentlich, daher kann man sie nicht überprüfen.
    Wahrscheinlich wurde der übliche P=0,05-Schwellenwert verwendet.
    Bei so erstaunlichen Ergebnissen hätte es einen deutlich kleineren P-Wert gebraucht.

• Bei solchen Themen ist es schneller, selbst zu experimentieren.
  Es gibt zu viele Interessengruppen, als dass man darauf warten könnte, dass das System eine Antwort liefert, und ihre Entscheidungen stimmen nicht immer mit dem Wohl des Einzelnen überein.