Les populations de microbiome intestinal sont associées à des changements propres à la structure de l'architecture de la substance blanche.

Aperçu: G.M.

Les populations altérées de microbiome intestinal sont associées à un large éventail de troubles neurodéveloppementaux, y compris le "trouble du spectre de l'autisme" et les troubles de l'humeur. Dans les modèles animaux, la modulation des populations du microbiome intestinal par manipulation diététique influence la fonction et le comportement du cerveau et a démontré une amélioration des symptômes comportementaux. Avec des différences frappantes dans le comportement axé sur le microbiome, les chercheurs ont investigué pour savoir si ces changements de comportement s'accompagnaient également de changements correspondants dans la microstructure du tissu neural. En utilisant l'imagerie du tenseur de diffusion, ils ont identifié des changements globaux dans l'intégrité structurelle de la substance blanche se produisant d'une manière dépendante de l'alimentation. 

L'analyse du séquençage de l'ARN ribosomique 16S des bactéries intestinales a également montré des changements dans les populations bactériennes en fonction du régime alimentaire. 

Des modifications de la structure cérébrale ont été associées à des modifications du régime alimentaire dans les populations de microbiome intestinal, à l'aide d'un classificateur automatique pour l'évaluation quantitative de la force des associations région microbiome-cerveau.  

Ces associations permettent de tester notre compréhension de l'axe intestin-cerveau-microbiote en révélant les liens possibles entre les populations modifiées et dysbiotiques du microbiote intestinal et les changements dans la structure cérébrale, soulignant l'impact potentiel du régime et des effets métagénomiques en neuro-imagerie.

Transl Psychiatry. 2018 Jan 10;8(1):6. doi: 10.1038/s41398-017-0022-5.

Gut microbiome populations are associated with structure-specific changes in white matter architecture

Ong IM^1,2, Gonzalez JG³, McIlwain SJ^1,2, Sawin EA⁴, Schoen AJ⁵, Adluru N⁶, Alexander AL^3,6,7, Yu JJ^8,9,10,11.

Author information

1

Department of Biostatistics and Medical Informatics, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53705, USA.

2

Carbone Cancer Center, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, Madison, WI, 53705, USA.

3

Department of Medical Physics, Wisconsin Institutes for Medical Research, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, Madison, WI, 53705, USA.

4

Department of Radiology, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, E3/366 Clinical Science Center, 600 Highland Avenue, M/C 3252, Madison, WI, 53792-3252, USA.

5

Department of Computer Sciences, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53706, USA.

6

Waisman Laboratory for Brain Imaging and Behavior, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53705, USA.

7

Department of Psychiatry, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, Madison, WI, 53705, USA.

8

Department of Radiology, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, E3/366 Clinical Science Center, 600 Highland Avenue, M/C 3252, Madison, WI, 53792-3252, USA. jpyu@uwhealth.org.

9

Department of Psychiatry, University of Wisconsin School of Medicine and Public Health, Madison, WI, 53705, USA. jpyu@uwhealth.org.

10

Department of Biomedical Engineering, College of Engineering, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53706, USA. jpyu@uwhealth.org.

11

Neuroscience Training Program, Wisconsin Institutes for Medical Research, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, 53705, USA. jpyu@uwhealth.org.

Abstract

Altered gut microbiome populations are associated with a broad range of neurodevelopmental disorders including autism spectrum disorder and mood disorders. In animal models, modulation of gut microbiome populations via dietary manipulation influences brain function and behavior and has been shown to ameliorate behavioral symptoms. With striking differences in microbiome-driven behavior, we explored whether these behavioral changes are also accompanied by corresponding changes in neural tissue microstructure. Utilizing diffusion tensor imaging, we identified global changes in white matter structural integrity occurring in a diet-dependent manner. Analysis of 16S ribosomal RNA sequencing of gut bacteria also showed changes in bacterial populations as a function of diet. Changes in brain structure were found to be associated with diet-dependent changes in gut microbiome populations using a machine learning classifier for quantitative assessment of the strength of microbiome-brain region associations. These associations allow us to further test our understanding of the gut-brain-microbiota axis by revealing possible links between altered and dysbiotic gut microbiome populations and changes in brain structure, highlighting the potential impact of diet and metagenomic effects in neuroimaging.

PMID:29317592

DOI:10.1038/s41398-017-0022-5