Impact of host microbiota on the central nervous system homeostasis

Abstract: Seit vielen Jahren ist bekannt, dass das Gehirn die Funktion des Magen-Darm-Trakts steuern kann. Aber erst seit geraumer Zeit legen Wissenschaftler zudem ihren Fokus darauf, wie der Darm die Gehirnaktivität beeinflusst. Immer mehr Studien haben gezeigt, dass nicht nur der Verdauungstrakt als Organ wichtig für diese bidirektionale Signalübertragung zwischen Darm und Gehirn ist, sondern auch das gastrointestinale Mikrobiom selbst. Die Bakterien im Darm scheinen für die adäquate neurologische Entwicklung von lebenden Organismen wichtig zu sein. Wie genau sich Darm und Gehirn beeinflussen, ist jedoch immer noch Gegenstand der Forschung.
Diese Arbeit beleuchtet die Interaktionen zwischen der Darmflora und bestimmten Gehirnregionen und -zellen. Sie untersucht, ob und zu welchem Zeitpunkt der Entwicklung eines Lebewesens die mikrobielle Kolonisierung einen Einfluss auf verschiedene Zellen und Strukturen in unterschiedlichen Gehirnregionen hat. Zu diesem Zweck wurden verschiedene Mausmod-elle analysiert. Die verwendeten Tiere hatten während ihrer Lebenszeit unterschiedlich viel Kontakt mit verschiedenen Darmbakterien. Zwischen den unterschiedlichen Aufzuchtbedin-gungen konnten Veränderungen in der zerebralen Zelldichte and -morphologie beobachtet werden. Jedoch gab es keine Hinweise darauf, dass sich die mikrobielle Kolonisierung auf die Zellfunktion von bestimmten Gehirnzellen auswirkt. Außerdem war die Blut-Hirn-Schranke, die in vorherigen Studien als möglicher Kommunikationsweg zwischen dem Darm und dem Gehirn vorgeschlagen wurde, nicht verändert innerhalb der verschiedenen Mausmodelle. Diese Ergebnisse zeigen dementsprechend, dass die intestinale Mikrobiota die Zelldichte, als auch die Zellmorphologie im Gehirn verändern kann. Jedoch scheint die mikrobielle Kolonisierung keinen Einfluss auf die Funktion der Gehirnzellen und die Durchlässigkeit der Blut-Hirn-Schranke zu haben.
Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass diese Arbeit zu einem besseren Verständnis der Interaktion zwischen Mikrobiota und dem Gehirn beiträgt. Es erscheint so, dass während der Entwicklung und während des Lebenszyklus eines Organismus das Mikrobiom die Entwicklung des Gehirns mitformt. Im Besonderen scheinen die Anzahl und Morphologie bestimmter Gehirnzellen durch die intestinalen Bakterien beeinflusst zu werden. Die aktuelle Studie liefert dementsprechend neue Erkenntnisse bezüglich der Gehirn-Darm-Mikrobiom-
Achse. Das bessere Verständnis dieser Achse könnte in Zukunft dazu beitragen, neue Wege für die Therapie von intestinalen, neurologischen oder psychiatrischen Erkrankungen zu finden
Abstract: For many years, it has been known that the brain can influence the gut. However, only recently, researchers have also focused on the effect from the gut on the brain. More and more studies have revealed that not only the gut as an organ is important for that bidirectional connection but also the microbiome of the gut itself. The commensal microbiome seems to be important for the proper development of living organisms. However, the exact relation between the gut and the brain is still unknown.
This study investigated the interactions between the gut microbiota and certain brain cells and regions. It aimed to determine whether and when in life the microbiota colonisation has an impact on different cells and brain structures in distinct brain parts. For this purpose, germ-free mice and mouse models which had been in contact with various amounts of microbiota during their life were used. It could be shown that housing animals under different microbial conditions led to alterations in cerebral cell density and morphology. However, intestinal microbiota had no impact on brain cell function. Also, the blood-brain barrier, often proposed as a possible way of communication between the gut and the brain, was not altered.
These results suggest that intestinal microbiota can change cerebral cell density as well as morphology. However, the brain cell function and the blood-brain barrier permeability are not influenced by microbial colonisation.
In summary, this current study provides insights into microbiota and their interaction with the brain. It appears that during development and throughout life microbiota can favour the appropriate development of the brain, especially regarding the number and morphology of certain brain cells. Therefore, this work contributes to a deeper understanding of the brain-gut-microbiome axis. The better knowledge of this axis might make it possible in the future
to address the association between microbiota and the brain for therapeutic interventions of intestinal, neurologic, or psychiatric diseases

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch
• Notes: Universität Freiburg, Dissertation, 2024

Classification and Topics

• Keyword: Tiermodell ; Maus ; Zentralnervensystem ; Gehirn ; Nervenzelle ; Homöostase

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2024
• Creator: Volk, Joana
• Contributor: Dokalis, Nikolaos ; Prinz, Marco ; Vlachos, Andreas ; Institut für Neuropathologie. Freiburg im Breisgau ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Medizinische Fakultät

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/260533
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2605332
• Rights: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 15.08.2025, 7:28 AM CEST