Changes in aggressive behavior due to dysbiosis of host gut microbiota

Technische Samenvatting: Veranderingen in agressief gedrag als gevolg van dysbiose van de gastheer-darmmicrobiota

Probleemstelling
Agressief gedrag, hoewel een component van normale sociale interactie, kan zich manifesteren als een morbide conditie met ernstige maatschappelijke en individuele gevolgen. Hoewel de neurobiologische fundamenten van agressie (betrokkenheid van de hypothalamus, monoaminen en hormonen) gedeeltelijk begrepen zijn, blijven de essentiële oorzaken onduidelijk. Recent onderzoek heeft de "microbiota-darm-hersenas" voorgesteld als een nieuw mechanisme, wat suggereert dat de darmmicrobiota het gedrag van de gastheer beïnvloedt. Eerdere studies door de auteurs en anderen gaven aan dat kiemvrije (GF) muizen verhoogde agressie vertonen vergeleken met specifieke pathogeenvrije (SPF) muizen, en dat vroege kolonisatie van GF-muizen (conversionalisatie) deze agressie kan verminderen. Het blijft echter onduidelijk of het verstoren van een reeds gevestigde darmmicrobiota in volwassenheid via antibiotica (het induceren van dysbiose) vervolgens het agressieve gedrag kan veranderen.

Methodologie
De studie maakte gebruik van een gnotobiotisch muismodel om het causale verband tussen antibioticum-geïnduceerde dysbiose en agressie in een gestabiliseerde darmomgeving te onderzoeken.

• Dierlijk model: Mannelijke BALB/c-muizen werden afgeleid van kiemvrije (GF) voorouders. Deze werden geconverteerd naar "ex-kiemvrije" (Ex-GF) muizen door op 4 weken leeftijd fecaal materiaal van SPF-muizen oraal toe te dienen, gevolgd door fokken om een tweede generatie met een inheemse darmmicrobiota te vestigen.
• Experimenteel ontwerp: Op 6 weken leeftijd, wanneer de darmmicrobiota als stabiel werd beschouwd, werden Ex-GF muizen verdeeld in twee groepen:
  1. Controlegroep: Ontving standaard drinkwater.
  2. Behandelgroep (Ex-GF SM): Ontving drinkwater aangevuld met streptomycin (1 mg/mL) gedurende zes dagen. Streptomycine werd gekozen als een aminoglycoside antibioticum dat specifiek aerobe en gramnegatieve bacteriën aanvalt, terwijl anaerobe bacteriën grotendeels intact blijven.
• Gedragsbeoordeling: Op 8 weken leeftijd werd agressief gedrag geëvalueerd in een strikt aseptische open veld-arena. Muizen werden gekoppeld aan gecastreerde tegenstanders (om de agressie van de tegenstander te verminderen en de beoordeling te verhelderen). Agressie werd kwalitatief beoordeeld over een periode van 10 minuten op basis van specifieke gedragingen: bijten, worstelen, staartschudden, agressief verzorgen en achtervolgen.
• Microbiota-analyse: Direct na de gedragstesten werden caecale inhoud verzameld om bacteriepopulaties te kwantificeren. Aerobe bacteriën werden gekweekt op Trypticase soy agar, en totale bacteriën op BL agar.
• Statistische analyse: Gegevens werden geanalyseerd met de Mann-Whitney U-toets, waarbij significantie werd vastgesteld op P < 0,05.

Belangrijkste Resultaten

• Gedragsuitkomsten: Zowel de met streptomycin behandelde groep (Ex-GF SM) als de niet-behandelde controlegroep vertoonden geen enkele agressieve gedragskenmerk tijdens de 10 minuten durende observatieperiode. De studie vond geen significant verschil in agressieniveaus tussen de twee groepen.
• Microbiota-verstoring: De toediening van streptomycin induceerde succesvol dysbiose. Het aantal aerobe bacteriën in de caecum van de behandelde groep werd significant verminderd tot 1/1000ste van de controlegroep (P = 0,002). De primaire reductie werd waargenomen in de familie Enterobacteriaceae.
• Totale bacteriële belasting: Ondanks de drastische afname van aerobe bacteriën, verschilde het totale aantal bacteriën (inclusief anaeroben) niet significant tussen de twee groepen (P = 0,699).

Significantie en Claims
De auteurs concluderen dat het verstoren van de darmmicrobiota in muizen met een reeds gevestigde microbiële gemeenschap via antibiotica die gericht zijn op aerobe bacteriën, de agressieve gedrag niet verergert. De studie stelt verschillende belangrijke implicaties:

1. Kritieke periode voor interventie: De bevindingen suggeren dat de invloed van de darmmicrobiota op agressie het meest cruciaal is tijdens de vroege ontwikkeling. Zodra de microbiota is gestabiliseerd (rond 8 weken leeftijd bij muizen), leidt daaropvolgende antibioticum-geïnduceerde dysbiose (specifiek die welke anaeroben spaart) niet tot een verandering in agressie.
2. Rol van anaeroben: Het gebrek aan gedragsverandering kan worden toegeschreven aan het behoud van anaerobe bacteriën, zoals Bifidobacteria, die bekend staan om het moduleren van stressreacties en gedrag. De studie verwijst naar eerder werk dat aangeeft dat Bifidobacterium infantis hyperactiviteit en stressreacties in GF-muizen kan afzwakken.
3. Klinische implicaties: Het artikel suggereert dat voor menselijke toepassingen, met name bij zuigelingen, de timing van antibioticagebruik cruciaal is. Het stabiliseren van de darmmicrobiota in een vroege ontwikkelingsfase kan noodzakelijk zijn om de verergering van agressie te voorkomen. Omgekeerd zal het gebruik van antibiotica die geen doelwit zijn voor anaerobe bacteriën bij individuen met een stabiel microbioom het risico op agressie niet verhogen.
4. Maternale invloed: De auteurs benadrukken dat de stabiliteit van de darmmicrobiota van de moeder essentieel is voor de gezonde ontwikkeling van de microbiota van het nageslacht, die op zijn beurt het toekomstige agressieniveau beïnvloedt.

Beperkingen
De auteurs erkennen dat de studie in een steriele isolatoromgeving werd uitgevoerd, wat de generaliseerbaarheid van de resultaten naar niet-steriele omgevingen kan beperken. Daarnaast was het gebruik van gecastreerde tegenstanders een methodologische noodzaak om steriliteit te handhaven, hoewel de auteurs betogen dat dit de resultaten niet heeft beïnvloed gezien de afwezigheid van agressie in de gecastreerde muizen. Ten slotte merkt de studie op dat de relatie tussen agressie en de darmmicrobiota verdere verificatie vereist via aanvullende diermodellen om causaliteit volledig vast te stellen.