Darmbakterien sind für die Entwicklung des Sozialverhaltens von Fischen unerlässlich

Laut einer Studie, die am 1. November im Open-Access-Journal veröffentlicht wurde, sind Mikroorganismen für die normale soziale Entwicklung von Zebrafischen aufgrund ihres Einflusses auf das Beschneiden neuraler Verbindungen im sich entwickelnden Gehirn unerlässlich PLOS-Biologie von Joseph Bruckner an der University of Oregon, USA, und Kollegen.

Zebrafischlarven haben eine durchsichtige Haut, die Forschern einen seltenen Einblick in die neurale Entwicklung bietet. In einer Reihe von Experimenten untersuchten die Forscher die neuronale und soziale Entwicklung von Zebrafischlarven, die in den ersten sieben Tagen der Entwicklung mit oder ohne Anwesenheit ihrer normalen Mikrobiota aufgezogen wurden.

Sie fanden heraus, dass das Sozialverhalten der Larven am 14. Tag durch die frühe Abwesenheit von Mikroben gehemmt wurde, obwohl die normale Mikrobiota der Larven eine Woche zuvor wiederhergestellt worden war. Im Vergleich zu Geschwistern mit einer normalen Mikrobiota hatten die Gehirne dieser keimfreien Larven weniger Immunzellen, sogenannte Mikroglia, in ihrem Vorderhirn und dichtere, komplexere neurale Verzweigungsmuster. Die Einzelzell-RNA-Sequenzierung zeigte, dass ihre Mikroglia auch niedrigere Spiegel von Komplement c1q aufwiesen, einem Gen, das an der Beschneidung von neuralen Verbindungen, den sogenannten Synapsen, beteiligt ist. Die genetische Reduzierung der Mikroglia ohne Beeinträchtigung der Mikrobiota führte zu ähnlichen Ergebnissen, wobei die neurale Dichte und Verzweigung im Vergleich zu Kontrollen erhöht wurden. Die normale neurale und soziale Entwicklung wurde in keimfreien Larven wiederhergestellt, indem eine von mehreren verschiedenen Bakteriengruppen hinzugefügt wurde, die im Zebrafischdarm heimisch sind, was darauf hindeutet, dass die Mikroglia-Pruning-Aktivität empfindlich auf ein Merkmal reagiert, das vielen Bakterienarten gemeinsam ist.

Die Studie ist die erste, die zeigt, dass Mikroglia für das Beschneiden neuraler Verbindungen in Zebrafischlarven erforderlich sind und dass eine intakte Mikrobiota für das normale Beschneiden und das Sozialverhalten der Fische unerlässlich ist. Die Ergebnisse zeigen auch, dass es während der ersten Woche der Larvenentwicklung ein kritisches Entwicklungsfenster gibt, in dem die Mikrobiota die Mikroglia-Lokalisation im Vorderhirn stimuliert, wo sie neurale Verbindungen beschneiden, sagen die Autoren.

Eisen fügt hinzu: „Soziale Interaktionen sind für Tiere und Menschen von entscheidender Bedeutung. Durch die Untersuchung der sozialen Interaktionen von Zebrafischen haben wir entdeckt, dass symbiotische Bakterien das soziale Verhalten fördern, indem sie die Fähigkeit von Mikroglia, den Immunzellen des Gehirns, fördern, zuvor identifizierte ‚soziale‘ Neuronen im Zebrafisch umzugestalten Gehirn.“