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这个实验室方案为研究人员提供了一个路线图，以了解肠道和大脑之间的复杂交通系统及其对健康和疾病的影响。
在过去的十年里，研究人员已经开始认识到胃肠道微生物和大脑之间双向交流的重要性，这种交流被称为肠道-大脑轴。这些“对话”可以修改这些器官的工作方式，并涉及一个由微生物和大脑衍生的化学信号组成的复杂网络，这对科学家来说是一个挑战，为了获得理解。
贝勒医学院和德克萨斯儿童医院的病理学和免疫学讲师Thomas D. Horvath博士说:“目前，很难确定是哪种微生物物种在生物体中驱动特定的大脑变化。在这里，我们提供了一个有价值的工具，可以研究肠道微生物和大脑之间的联系。我们的实验室协议允许在细胞和全动物水平上识别和全面评估代谢物(微生物产生的化合物)。”
胃肠道拥有丰富多样的有益微生物群落，统称为肠道菌群。除了维持肠道环境的作用外，肠道微生物对包括大脑在内的其他遥远器官的影响也越来越被认识到。
“肠道微生物可以通过几种途径与大脑交流，例如通过产生代谢物，如短链脂肪酸和肽聚糖，神经递质，如γ -氨基丁酸和组胺，以及调节免疫系统和其他化合物，”共同第一作者，南卡罗来纳医科大学再生和细胞医学助理教授Melinda A. Engevik博士说。
肠道微生物组与焦虑、肥胖、自闭症、精神分裂症、帕金森病和阿尔茨海默病之间的联系，突显了微生物在中枢神经系统健康中所起的作用。
“动物模型在将微生物与这些基本神经过程联系起来方面起着至关重要的作用，”贝勒大学和德克萨斯州儿童医院微生物组中心的病理学和免疫学助理教授Jennifer K. Spinler博士说。“目前研究中的方案使研究人员能够采取措施，阐明肠-脑轴在这些情况下的具体作用，以及它在健康中的作用。”
理解肠-脑轴复杂交通系统的路线图
研究人员用来深入了解单一类型的微生物如何影响肠道和大脑的一种策略是，首先在实验室培养微生物，收集它们产生的代谢物，并使用质谱和代谢组学对它们进行分析。质谱是一种实验室技术，可用于识别未知化合物通过确定其分子量和量化已知化合物。代谢组学是一种大规模研究代谢物的技术。
Engevik说:“代谢产物的影响随后在微型肠道中进行了研究，这是一种人体肠道细胞的实验室模型，它保留了小肠的特性，具有生理活性。此外，这种微生物的代谢物可以在活体动物身上进行研究。”
Spinler说:“我们可以将研究扩展到微生物群落。通过这种方式，我们研究了微生物群落如何协同工作，协同作用并影响宿主。该方案为研究人员提供了一张路线图，以了解肠道和大脑之间的复杂交通系统及其影响。”
Horvath说:“多亏了临床医生、行为科学家、微生物学家、分子生物学家和代谢组学专家的大规模跨学科合作，我们才能够创建这个方案。我们希望我们的方法将有助于创建有益微生物的设计群落，这可能有助于维持健康的身体。我们的方案还提供了一种方法，当肠道和大脑之间的沟通错误导致疾病时，可以确定潜在的解决方案。”
Thomas D. Horvath, Sigmund J. Haidacher, Melinda A. Engevik, Berkley Luck, Wenly Ruan, Faith Ihekweazu, Meghna Bajaj, Kathleen M. Hoch, Numan Oezguen, Jennifer K. Spinler, James Versalovic, Anthony M. Haag. Interrogation of the mammalian gut–brain axis using LC–MS/MS-based targeted metabolomics with in vitro bacterial and organoid cultures and in vivo gnotobiotic mouse models. Nature Protocols, 2022
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