English below
Elsőre talán nem is gondolnánk, hogy a belünkben élő baktériumok közössége, a bélmikrobióta (amit a köznyelvben gyakran helytelenül “bélflóraként” említenek), életünk milyen sok területére kihat. A bélben élő baktériumok számos olyan anyagot termelnek, amik befolyásolhatják az anyagcserét, összefüggésben lehetnek az elhízással, cukorbetegséggel, egyes ráktípusokkal, sőt az agy működésével is. Az autizmustól az Alzheimer-kórig számos, az idegrendszer megváltozott működése miatt kialakuló állapot esetében találtak valamilyen eltérést a bél baktériumközösségében. Akár az is előfordulhat, hogy alkohol-termelő baktériumok elszaporodása a részegség kialakulásához elegendő mennyiségű alkoholt juttat a szervezetbe.
Ugyan egyre nagyobb orvosi és tudományos figyelmet kapnak a beleinkben élő mikroorganizmusok, még mindig nagyon keveset tudunk róluk. Ilyen esetekben a kutatók szívesen fordulnak állatmodellekhez. A hosszútávú megfigyelést, vagy kezelések hatásait vizsgáló kutatások könnyebben lebonyolíthatók állatokon, mint humán pácienseken. A kutyák bélbaktériumai sok hasonlóságot mutatnak az emberével, ami az évezredeken át tartó közös múltnak is köszönhető. De arról még nagyon keveset tudunk, hogy az emberekéhez hasonló hatású-e a kutyák bélmikrobiomjának megváltozása.
Az ELTE Etológia és Mikrobiológiai Tanszék munkatársai azt vizsgálták meg, hogy családi kutyák esetében kimutatható-e összefüggés a memória és a bélmikrobióta összetétele között. A kutatók a viselkedéstesztekre érkező kutyákat és gazdáikat elkísérték egy-egy rövid egészségügyi sétára, majd a székletmintákat megfelelő tárolóegységekben néhány percen belül mélyfagyasztóba (-80 °C) helyezték. Az időlimit fontos, ugyanis csak így biztosítható, hogy valós képet kapjanak a bélmikrobióta székletürítés előtti összetételéről, mivel egyes baktériumok a környezetben is tovább szaporodnak. A családi kutyák táplálkozását és életmódját feljegyezték, de nem kontrollálták, hasonlóan az emberek kutatásához. „Mivel viszonylag kevés, 29 kutya vett részt a kutatásban, ezért kezdeti, útkereső vizsgálatnak tekintjük a munkánkat. Nem minden esetben lehet rávenni a viselkedési tesztekre érkező négylábúakat, hogy éppen a két teszt közötti szünetben végezzék el a dolgukat. Sikerült azonban kidolgoznunk egy új módszertant, amivel családi kutyák is vizsgálhatók, és olyan baktériumcsoportokkal találtunk összefüggést, amiket embereknél is leírtak.” – mondta el Kubinyi Enikő, a kutatás vezetője.
A Fusobacteria törzsbe tartozó baktériumok elszaporodása embereknél számos kórképpel, például irritábilis bél szindrómával, vastagbélrákkal jár együtt. Ragadozóknál azonban több kutatás is kedvező hatásúnak találta a törzs tagjainak jelenlétét. Ezt a jelenlegi vizsgálat is megerősítette, mivel a fiatalabb kutyáknál nagyobb arányban (kb. 30%-ban) fordultak elő Fusobacteria baktériumok, mint az öregebbeknél. A kutyák és az emberek azonban hasonlítottak az Actinobacteria törzs és a kognitív képességek kapcsolatát tekintve. A kutyák részt vettek egy memóriatesztben, ahol azt kellett megjegyezniük, hogy öt edény közül melyikben van elrejtve jutalomfalat. Ötször ismételhették meg a feladatot, és a kutatók közben megszámolták, mennyit hibáznak, vagyis hányszor mennek oda rossz edényhez. A többet hibázó kutyák székletében arányaiban több Actinobacteriát találtak. „Ez azért izgalmas, mert a rossz memóriájú, Alzheimer-kórban szenvedő embereknél is elszaporodik az Actinobacteria” – emeli ki a párhuzamot Sándor Sára, genetikus.
Felföldi Tamás mikrobiológus általában természetes vizekben élő baktériumközösségeket kutat, ezért számára is új terep a kutyák bélmikrobiótájának tanulmányozása. „Nagyon hasonló módszereket használtunk a baktériumok azonosítására, mint például a balatoni mintáknál. Ezután az etológusok vetették össze a taxonok gyakoriságát a kutyák korával és memóriateljesítményével.”
A kutatás az Európai Kutatási Tanács (ERC) támogatásával valósult meg, a „Kognitív öregedés kutyákon” pályázat keretében. Kubinyi Enikő szerint „a felfedezéseink további igazolása nagyon fontos abból a szempontból, hogy eldönthető legyen, mennyire jó modellje a kutya a humán “bélflóra” változásainak. De az állatorvostudomány és a kutyagazdák számára is hasznos lehet, ha kiderül, hogy egyes baktériumok adagolásával késleltethető az öregedés, vagyis az öregedéssel együtt járó kedvezőtlen jelenségeket mérsékelhetjük.”
Eredeti cikk: Kubinyi, E.; Bel Rhali, S.; Sándor, S., Szabó, A.; Felföldi, T. 2020. Gut microbiome composition is associated with age and memory performance in pet dogs. Animals, 10(9), 1488; https://doi.org/10.3390/ani10091488
Gut microbiome composition is associated with age and memory performance in pet dogs
Our gut microbiota can crucially influence our behaviour and neurodevelopment. New research of the Ethology Department at the Faculty of Science at Eötvös Loránd University indicates that dogs’ aging mechanism and memory performance are also linked to their gut microbiome composition. According to the study, dogs and humans may have similar mechanisms in cognitive aging.
Dogs have become a valuable model for complex human traits and disorders
In humans, intestinal microbiome composition has been linked to psychiatric conditions such as depression, anxiety, and autism, as well as neurodegenerative disorders, including Parkinson’s and Alzheimer’s disease through metabolites produced by gut-inhabiting bacteria. The wide range of expected lifespans, a natural inclination to develop dementia, and an environment shared with humans have made companion dogs a promising model organism in aging research. The gut microbiome of dogs is more similar to that of humans than that of mice and pigs. “Next-generation DNA sequencing techniques have enabled the identification of the taxonomic composition and also the potential functions of the microorganisms, gaining a better understanding of microbial–host interactions” - says Tamás Felföldi, assistant professor at the Department of Microbiology, ELTE, Budapest, who usually studies the microbial communities of natural waters, such as the Lake Balaton.
Collecting and analyzing the samples
Eniko Kubinyi, the principal investigator of the Senior Family Dog Project at ELTE, funded by the European Research Council, teamed up with microbiologists to investigate the gut microbiome of a group of companion dogs and examined possible links with age and cognitive performance. “After we tested the memory performance of the dogs at the Department of Ethology, ELTE, we took them for a walk, and collected fecal samples. We had to immediately freeze the excrement in storage containers to ensure they would provide a valid picture about the bacteria that lived in the dogs guts before defecation.” According to Sara Sandor, geneticist, “the time limit is important, as some species of bacteria can continue proliferation after defecation, and therefore may falsely outnumber other bacteria in the sample”.
Overall, the involvement of family dogs represented a relatively novel approach in this field as it included a huge variety of animals, regarding breed, diet, and life history. This leads to a large statistical variance in their bacterial communities’ composition, yet, this approach is crucial if researchers aim to model the natural variability of human populations. “A main limitation of the current study is the relatively low number of subjects, 29 dogs. However, the results of such exploratory studies can facilitate new research efforts, especially if they indicate medically relevant trends in the data” - points out Soufiane Bel Rhali, PhD student.
A link between cognitive performance, age and gut microbiome composition
The researchers found a negative correlation between the abundance of Fusobacteria phylum and the chronological age in dogs. Interestingly, in humans, Fusobacteria were shown to increase with aging and elevated abundance of these microbes have been linked to serious illnesses, like inflammatory bowel disease and colorectal cancer. Therefore, the current finding seems to support an already formed hypothesis that Fusobacteria play a fundamentally different, beneficial role in carnivores as compared with humans. “The identification of such differences between dogs and humans are at least as important as exploring the shared patterns in gut microbial composition, since ungrounded assumptions of similarity can lower the translational value of intervention studies.” - notes Kubinyi.
Moreover, the current study found that dogs performing worse in a short-term memory test had relatively more Actinobacteria. This finding can indicate a shared mechanism underlying dogs’ and humans’ cognitive aging, since Actinobacteria were also shown to be more abundant in the intestines of Alzheimer patients.
A link between cognitive performance, age and gut microbiome composition in companion dogs was hypothesized but not described before. The new research, although preliminary regarding the association between cognition and gut microbiome composition, opens up new venues in canine aging and neurodevelopmental research.
