L’integrazione di input sensoriali e molecolari dall’ambiente modella il comportamento animale. Maggior esposizione alle molecole ambientali è il tratto gastrointestinale, in cui i componenti della dieta vengono trasformati chimicamente dal microbiota e i metaboliti derivati dall’intestino vengono diffusi a tutti gli organi, compreso il cervello.
Nei topi, il microbiota intestinale influisce sul comportamento, modula la produzione di neurotrasmettitori nell’intestino e nel cervello e influenza lo sviluppo cerebrale e i modelli di mielinizzazione.
I meccanismi che mediano le interazioni intestino-cervello rimangono scarsamente definiti, sebbene coinvolgano ampiamente connessioni umorali o neuronali. In studi precedenti sullo stesso argomento erano stati riportati che i livelli del metabolita microbico 4-etilfenil solfato (4EPS) erano aumentati in un modello murino di neurosviluppo atipico. qui invece sono stati identificati i geni biosintetici dal microbioma intestinale che mediano la conversione della tirosina alimentare in 4-etilfenolo (4EP) e batteri intestinali bioingegnerizzati per produrre selettivamente 4EPS nei topi. 4EPS è entrato nel cervello ed è stato associato a cambiamenti nell’attività specifica della regione e nella connettività funzionale. Le firme dell’espressione genica hanno rivelato un’alterata funzione degli oligodendrociti nel cervello e 4EPS hanno alterato la maturazione degli oligodendrociti nei topi e diminuite le interazioni oligodendrociti-neuroni nelle colture cerebrali ex vivo. I topi colonizzati con batteri produttori di 4EP hanno mostrato una ridotta mielinizzazione degli assoni neuronali. Le dinamiche di mielinizzazione alterate nel cervello sono state associate a esiti comportamentali.
I meccanismi che mediano le interazioni intestino-cervello rimangono scarsamente definiti, sebbene coinvolgano ampiamente connessioni umorali o neuronali. In studi precedenti sullo stesso argomento erano stati riportati che i livelli del metabolita microbico 4-etilfenil solfato (4EPS) erano aumentati in un modello murino di neurosviluppo atipico. qui invece sono stati identificati i geni biosintetici dal microbioma intestinale che mediano la conversione della tirosina alimentare in 4-etilfenolo (4EP) e batteri intestinali bioingegnerizzati per produrre selettivamente 4EPS nei topi. 4EPS è entrato nel cervello ed è stato associato a cambiamenti nell’attività specifica della regione e nella connettività funzionale. Le firme dell’espressione genica hanno rivelato un’alterata funzione degli oligodendrociti nel cervello e 4EPS hanno alterato la maturazione degli oligodendrociti nei topi e diminuite le interazioni oligodendrociti-neuroni nelle colture cerebrali ex vivo. I topi colonizzati con batteri produttori di 4EP hanno mostrato una ridotta mielinizzazione degli assoni neuronali. Le dinamiche di mielinizzazione alterate nel cervello sono state associate a esiti comportamentali.
Di conseguenza è stato osservato che i topi esposti a 4EPS mostravano comportamenti ansiosi e i trattamenti farmacologici che promuovono la differenziazione degli oligodendrociti hanno impedito gli effetti comportamentali di 4EPS. Questi risultati rivelano che una molecola derivata dall’intestino influenza comportamenti complessi nei topi attraverso effetti sulla funzione degli oligodendrociti e sulla modellazione mielina nel cervello.