Forskare vid University of Illinois finner att prebiotika i modersmjölksersättning kan förbättra inlärning och minne och förändra hjärnans kemi. Kredit:Lauren D. Quinn, University of Illinois
Nästan varje amerikan som har blivit förälder under det senaste decenniet har hört sloganen "bröstmjölk är bäst" och har sannolikt uppmuntrats att erbjuda bröstmjölk till nyfödda. Bröstmjölk innehåller bland annat naturliga källor till prebiotika:små, svårsmälta fibermolekyler som främjar tillväxten av goda bakterier i barnets tarm. Men för många familjer är amning svårt eller omöjligt. Lyckligtvis kommer moderna modersmjölksersättningar närmare det verkliga med hjälp av forskare från University of Illinois.
I en nyligen genomförd studie från Laboratoriet för Nötning och kognition för smågrisar vid U of I, arbetade forskare med smågrisar för att visa att prebiotika som ingår i modersmjölksersättning kan förbättra minnet och utforskandet.
"När vi tillhandahåller prebiotika i formel, bekräftar våra resultat att vi inte bara kan gynna tarmhälsa, vilket är känt, utan vi kan också påverka hjärnans utveckling", säger Ryan Dilger, docent vid institutionen för husdjursvetenskap, avdelningen för näringsvetenskaper , och neurovetenskapsprogram vid U of I. "Vi kan faktiskt förändra hur smågrisar lär sig och kommer ihåg genom att påverka bakterier i tjocktarmen."
Smågrisar anses allmänt vara en mer informativ modell för mänskliga spädbarn än möss och råttor; deras matsmältningssystem, beteendereaktioner och hjärnans utveckling är anmärkningsvärt lika mänskliga spädbarn. Därför vänder sig forskare i allt högre grad till smågrisar för att testa hypoteser i prekliniska prövningar relaterade till människors hälsa, särskilt i samband med tarmmikrober och hjärnans utveckling.
"Det har inte varit mycket arbete med att titta på tarm-hjärnans axel hos människor, men mycket arbete med gnagare visar dessa samband. Detta tar det till en djurmodell som är mycket närmare mänskliga spädbarn och frågar om den kopplingen fortfarande existerar och om vi kan reta ut möjliga mekanismer, säger Stephen Fleming, huvudförfattare till studien och doktorand i neurovetenskapsprogrammet vid U av I.
I början av 2016 arbetade Dilger och hans kollegor med smågrisar för att visa att en kombination av innovativa formelkomponenter, inklusive prebiotika, kan spela en roll i hjärnans utveckling och beteende. I sin nya studie koncentrerade teamet sig enbart på effekterna av prebiotika.
Från och med den andra levnadsdagen fick smågrisar en modersmjölksersättning baserad på komjölk kompletterad med polydextros (PDX), en syntetisk kolhydrat med prebiotisk aktivitet, och galaktooligosackarid (GOS), en naturligt förekommande prebiotika. När smågrisarna var 25 dagar gamla tog Fleming dem genom flera inlärnings-, minnes- och stresstester. Efter 33 dagar samlades blod, hjärna och tarmvävnader för analys.
Testet för inlärning och minne gav smågrisar en chans att leka med hundleksaker:en de hade sett förut och en helt ny leksak. Om de tillbringade mer tid med den nya leksaken var det ett tecken på att smågrisen kände igen den som ny och föredrog den. Det här testet för "novel object recognition" förbättrar klassiska labyrinttest som vanligtvis används i gnagarstudier.
"Om du försöker testa minnet är det här testet närmare vad vi skulle göra med ett spädbarn. När allt kommer omkring tränar vi vanligtvis inte spädbarn på labyrinter, säger Fleming. "Vi vet från tidigare forskning att detta test fungerar för grisar, men det här är det första publicerade exemplet på att använda det i ett näringssammanhang."
Grisar som matades med PDX och GOS spenderade mer tid på att leka med nya föremål än grisar som inte fick de prebiotiska kosttillskotten. Preferensen för nya föremål, en indikation på naturlig nyfikenhet, är ett tecken på sund hjärnutveckling och pekar mot en positiv utveckling av inlärning och minne.
När prebiotika fungerar som de ska, ökar goda bakterier i överflöd. Ett sätt att avgöra är att titta på metaboliska slutprodukter – flyktiga fettsyror (VFA) – som utsöndras av bakterier under matsmältningen av prebiotiska fibrer.
– Flyktiga fettsyror är en global indikator för huruvida prebiotika hade en effekt på den totala populationen av bakterier. Till exempel kanske vi vill se en ökning av Lactobacillus och andra nyttiga bakterier som producerar butyrat, förklarar Dilger. Koncentrationerna av flyktiga fettsyror (VFA) i tjocktarmen, blodet och hjärnan ändrades hos grisar som fick PDX och GOS jämfört med kontrollgrisar.
Nya bevis tyder på att bakteriella VFA kan komma in i blodet och resa till hjärnan, där de potentiellt kan påverka humör och beteende.
"Vi fann att, ja, VFAs absorberas i blodet hos grisar som matades med PDX/GOS. Och ja, de kommer in i hjärnan”, förklarar Fleming. "Men när vi tittade på sambandet mellan dessa VFAs och resultaten av våra beteendetester, verkade det inte finnas ett tydligt samband."
En annan överraskning var en minskning av serotonin i hjärnan hos grisar som fick prebiotikan. "När du hör mindre serotonin, finns det en omedelbar reaktion att säga," Ja, det är dåligt, " säger Fleming. Inte nödvändigtvis; dessa grisar visade inte större ångest än kontrollgrisar under ett stresstest eller sämre prestation när de fick ett inlärnings- och minnestest. Forskarna antar att prebiotika kan förändra nivåerna av tryptofan, serotonins aminosyraprekursor, men det är för tidigt att säga.
Även om mer arbete krävs för att ta itu med återstående frågor, lägger studien till den växande mängden forskning som tyder på en stark och potentiellt modifierbar koppling mellan tarmen och hjärnan:en koppling som tillverkare av modersmjölksersättning starkt bör överväga.
"Det finns så många sätt vi kan ändra sammansättningen av mikrobiotan och de kan ha mycket starka fördelar. Att främja god "tarmhälsa" är fortfarande ett starkt fokus inom näringsområdet, säger Dilger.
Publikation:Stephen A. Fleming, et al., "Kostpolydextros och galaktooligosackarider ökar utforskande beteende, förbättrar igenkänningsminnet och förändrar neurokemi hos den unga grisen," Nutritional Neuroscience, 2017; doi:10.1080/1028415X.2017.1415280
