Sommerblogserie zusammen mit dem 3RCC Teil 1: Wie Darmbakterien das Sozialverhalten von Zebrafischen beeinflussen

Neurologische Entwicklungsstörungen wie Autismus-Spektrum-Störungen, die durch ein beeinträchtigtes Sozialverhalten gekennzeichnet sind, werden weltweit äusserst häufig diagnostiziert. In letzter Zeit haben Wissenschaftler ein Verständnis dafür entwickelt, welche Rolle die Darmgesundheit bei den Symptomen dieser Störungen spielt, wie diese Symptome ausgelöst werden und wie sie verbessert werden können.

Während es schwierig ist, die frühe Entwicklung des Sozialverhaltens im pränatalen Gehirn von Säugetieren zu beobachten, erweist sich dies bei transparenten Zebrafischlarven als deutlich einfacher. Aufgrund ihrer Transparenz lässt sich die Neuroentwicklung ohne invasive Techniken oder komplexe bildgebende Verfahren leicht visualisieren. Zur genaueren Untersuchung dieses Themas züchteten Joseph Bruckner und seine Kollegen von der University of Oregon Zebrafischlarven bis zum Alter von sieben Tagen in einer keimfreien Umgebung (durch die das Fehlen normaler Darmbakterien erleichtert wurde). Mithilfe eines Verhaltenstests bewerteten sie die Geselligkeit ausgewachsener Zebrafische und untersuchten, wie sich ihr Verhalten je nach Vorhandensein oder Fehlen normaler Darmbakterien veränderte. In der Regel zeigen Zebrafische, die zusammen aufgezogen werden, bestimmte soziale Verhaltensweisen wie parallel schwimmen und sich einander zuwenden. Dieses Verhalten beobachteten die Wissenschaftler in Fischbecken, die mit einer speziellen Folie abgetrennt sind, die bei Bedarf transparent werden kann. Wenn ein Fisch einen anderen Fisch im benachbarten Becken wahrnimmt, interagieren diese normalerweise und bewegen sich aufeinander zu. Larven, die unter keimfreien Bedingungen und damit ohne ihre normalen Darmbakterien aufgezogen wurden, zeigten jedoch nicht dieses normale Sozialverhalten. Bei der Untersuchung der Gehirne dieser keimfreien Zebrafische stellten die Forschenden fest, dass die Darmbakterien Einfluss auf ihre Gehirnentwicklung hatten, insbesondere in der für das Sozialverhalten entscheidenden Vorderhirnregion.  

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die richtigen Darmbakterien gewisse Erkrankungen des Gehirns vorbeugen können. Die Verwendung des Zebrafisches als Modell zur Untersuchung der Mikrobiota-Darm-Hirn-Achse, wie in der vorliegenden Studie, stellt einen vielversprechenden Weg dar, um unser Verständnis von neurologischen Entwicklungsstörungen zu verbessern.

Autoren: Christopher Cederroth, Jessica Lampe & Robbie I’Anson Price, Swiss 3R Competence Centre

Literaturangabe: Bruckner JJ, Stednitz SJ, Grice MZ, Zaidan D, Massaquoi MS, Larsch J, et al. (2022) The microbiotapromotes social behavior by modulating microglial remodeling of forebrain neurons. PLoS Biol 20(11):e3001838. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3001838