Wie eine zuckerhaltige Ernährung in jungen Jahren später zu Gedächtnisproblemen führen kann
Forscher finden einen direkten Zusammenhang zwischen bestimmten Bakterien im Darm und beeinträchtigter Gehirnfunktion
Neue Forschungsergebnisse zeigen, wie der Konsum von zuckerhaltigen Getränken in jungen Jahren zu Gedächtnisstörungen im Erwachsenenalter führen kann.
Photo by Kobby Mendez on Unsplash
Die Studie, die am 31. März in der Zeitschrift Translational Psychiatry veröffentlicht wurde, ist auch die erste, die zeigt, wie eine spezifische Veränderung des Darmmikrobioms - der Bakterien und anderer Mikroorganismen, die im Magen und Darm wachsen - die Funktion einer bestimmten Gehirnregion verändern kann.
Nach Angaben der Centers for Disease Control and Prevention sind zuckergesüßte Getränke eine der Hauptquellen für zugesetzten Zucker in der Ernährung der Amerikaner. Fast zwei Drittel der jungen Menschen in den Vereinigten Staaten konsumieren mindestens ein zuckerhaltiges Getränk pro Tag.
Der Neurowissenschaftler Scott Kanoski, außerordentlicher Professor für biologische Wissenschaften am USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences, untersucht seit Jahren den Zusammenhang zwischen Ernährung und Gehirnfunktion. Seine Forschung hat gezeigt, dass der Konsum von zuckerhaltigen Getränken die Gedächtnisfunktion bei Ratten beeinträchtigt und dass dieselben Getränke das Darmmikrobiom verändern.
In der aktuellen Studie wollten Kanoski und Forscher der UCLA und der University of Georgia, Athens, herausfinden, ob ein direkter Zusammenhang zwischen Veränderungen des Mikrobioms und der Gedächtnisfunktion besteht.
Die Wissenschaftler gaben heranwachsenden Ratten freien Zugang zu einem zuckergesüßten Getränk, ähnlich denen, die Menschen trinken.
Als die Ratten nach etwa einem Monat zu Erwachsenen heranwuchsen, testeten die Forscher ihr Gedächtnis mit zwei verschiedenen Methoden. Eine Methode testete das Gedächtnis, das mit einer Region des Gehirns namens Hippocampus verbunden ist. Die andere Methode testete die Gedächtnisfunktion, die von einer Region namens perirhinaler Kortex gesteuert wird.
Die Forscher fanden heraus, dass im Vergleich zu Ratten, die nur Wasser tranken, die Ratten, die hohe Mengen an zuckerhaltigem Getränk konsumierten, mehr Schwierigkeiten mit Erinnerungen hatten, die den Hippocampus nutzen. Der Zuckerkonsum hatte keinen Einfluss auf Erinnerungen, die durch den perirhinalen Kortex gebildet werden.
"Der Zuckerkonsum im frühen Leben scheint selektiv das Lernen und das Gedächtnis im Hippocampus zu beeinträchtigen", sagte die Hauptautorin der Studie, Emily Noble, Assistenzprofessorin am UGA College of Family and Consumer Sciences und ehemalige Postdoc-Stipendiatin am USC Dornsife.
Die Wissenschaftler untersuchten dann das Darmmikrobiom der Ratten und fanden Unterschiede zwischen denen, die das süße Getränk tranken und denen, die Wasser tranken. Die Zuckertrinker hatten größere Populationen von zwei bestimmten Arten von Darmbakterien: Parabacteroides distasonis und Parabacteroides johnsonii.
Die Forscher fragten dann, ob die Parabacteroides-Bakterien , ohne die Hilfe von Zucker, die Gedächtnisfunktion der Ratten beeinflussen könnten. Sie transplantierten Parabacteroides-Bakterien , die im Labor gezüchtet wurden, in die Därme von jugendlichen Ratten, die nur Wasser tranken. Die Ratten, die die Bakterien erhielten, zeigten Gedächtnisstörungen im Hippocampus, als sie zum Erwachsenenalter heranwuchsen, ganz ähnlich wie die zuckertrinkenden Ratten.
Die Wissenschaftler fanden außerdem heraus, dass die transplantierten Ratten im Gegensatz zu den zuckertrinkenden Ratten auch eine Gedächtnisbeeinträchtigung im perirhinalen Kortex zeigten. Dieser Unterschied liefert einen weiteren Beweis dafür, dass die veränderte Gehirnfunktion, die mit der Ernährung zusammenhängt, tatsächlich in Veränderungen des Darmmikrobioms begründet sein kann.
In früheren Studien wurde das gesamte Darmmikrobiom von einer Gruppe von Tieren auf eine andere transplantiert, was zu ähnlichen Veränderungen der Gehirnfunktion führte. Diese Studie ist jedoch eine der ersten, die dies mit nur zwei spezifischen Arten tut.
"Es war für uns überraschend, dass wir in der Lage waren, die mit dem Zuckerkonsum verbundenen Gedächtnisbeeinträchtigungen im Wesentlichen zu replizieren, und zwar nicht durch die Übertragung des gesamten Mikrobioms, sondern einfach durch die Anreicherung einer einzelnen Bakterienpopulation im Darm", sagt Kanoski, der korrespondierender Autor der Studie ist.
Schließlich untersuchten die Wissenschaftler die Aktivität von Genen im Hippocampus, indem sie Ratten, die das zuckerhaltige Getränk tranken, mit denen verglichen, die nur Wasser tranken, und die Wassertrinker mit denen, die mit Parabacteroides transplantiert wurden.
Tatsächlich veränderte sich die Genaktivität sowohl bei den Ratten, die die zuckergesüßten Getränke konsumierten, als auch bei den mit Parabacteroides transplantierten Ratten. Die betroffenen Gene steuern, wie Nervenzellen elektrische Signale an andere Nervenzellen weiterleiten und wie sie intern molekulare Signale senden.
Die Ergebnisse dieser Studie bestätigen eine direkte Verbindung auf molekularer Ebene zwischen dem Darmmikrobiom und der Gehirnfunktion.
In zukünftigen Studien wollen Kanoski und die Forscher herausfinden, ob eine Änderung der Lebensgewohnheiten, wie z. B. eine gesündere Ernährung oder mehr Bewegung, den Schaden für das Gedächtnis, der durch erhöhten Zuckerkonsum in jungen Jahren verursacht wird, rückgängig machen kann.
Über die Studie
Neben Kanoski und Noble gehören Elizabeth Davis, Linda Tsan, Clarissa Liu, Andrea Suarez und Roshonda Jones von der USC Dornsife, Christine Olson, Yen-Wei Chen, Xia Yang und Elaine Y. Hsiao von der UCLA sowie Claire de La Serre und Ruth Schade von der UGA zu den Autoren der Studie.
Die Forschung wurde unterstützt durch das National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases grants DK116942, DK104897, DK118000, DK111158, DK116558, DK 118944 und DK104363; National Institute on Aging award F31 AG064844; und Department of Defense ARO MURI award W911NF-17-1-0402.
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