Au cours de l’expérience, menée sur des souris, les chercheurs ont découvert que les microbes intestinaux peuvent exacerber les effets de la déficience cognitive en raison de la façon dont ils affectent l’hippocampe, la région du cerveau qui est essentielle pour la mémoire et l’apprentissage. Ils ont constaté que la concentration d’un groupe de bactéries appelé Bilophila augmentait considérablement dans le microbiote intestinal de souris soumises à un régime cétogène – riche en graisses et pauvre en glucides – et privées d’oxygène par intermittence, créant ainsi un état appelé hypoxie.

Les scientifiques ont également constaté que le régime cétogène, l’hypoxie et le traitement avec une espèce de Bilophila appelée Bilophila wadsworthia altèrent l’hippocampe, ce qui entraîne une réduction des capacités cognitives des souris.

Ces travaux sont publiés dans la revue à comité de lecture Cell Host & Microbe.

Les chercheurs ont donné à plusieurs souris un régime cétogène et à d’autres un régime standard. Ensuite, toutes les souris ont reçu des niveaux réduits d’oxygène pendant cinq jours consécutifs, puis ont eu quatre jours pour récupérer. En privant les animaux d’une partie de l’oxygène, les scientifiques ont provoqué une déficience cognitive, afin d’imiter la déficience cognitive chez l’homme qui peut être causée par des maladies neurologiques ou le vieillissement.

Les scientifiques ont ensuite observé leur capacité à s’orienter dans un labyrinthe. Lorsqu’elles tentaient de trouver la sortie d’un labyrinthe, les souris soumises au régime cétogène faisaient en moyenne 30 % d’erreurs de plus que les souris soumises au régime standard. (La fourchette de différence entre les deux groupes était de 25 à 75 %).

Les chercheurs ont également évalué si les différents régimes alimentaires pouvaient à eux seuls entraîner une modification du comportement cognitif chez des souris qui n’avaient pas été privées d’oxygène. Dans cette expérience, aucune différence notable n’a été constatée dans la capacité des souris à trouver la sortie du labyrinthe selon qu’elles avaient suivi un régime cétogène ou un régime standard, ce qui indique que l’impact négatif sur les capacités cognitives ne s’est produit qu’en combinaison avec la privation d’oxygène.

« Ces résultats mettent en évidence la capacité de différents facteurs environnementaux à interagir ensemble pour influer sur le comportement cognitif des souris », a déclaré l’auteur principal, Christine Olson, étudiante diplômée de l’UCLA.

Les chercheurs ont ensuite étudié ce qui se passerait s’ils appauvrissaient le microbiote des souris avant de leur administrer un régime cétogène et de les exposer à l’hypoxie. Il est intéressant de noter que les souris dont le microbiote avait été appauvri en premier ont commis beaucoup moins d’erreurs dans le labyrinthe que les souris exposées à l’hypoxie et soumises à un régime cétogène, mais dont le microbiote n’avait pas été modifié en premier.

« Cela suggère que les microbes associés au régime cétogène et à l’hypoxie pourraient contribuer aux effets néfastes sur les troubles cognitifs », a déclaré Olson.

Les auteurs ont déterminé que Bilophila wadsworthia modifie les gènes qui sont activés ou désactivés dans l’hippocampe, et que la bactérie réduit la signalisation cellulaire normale dans l’hippocampe.

« Bilophila wadsworthia a perturbé l’activité de l’hippocampe et le comportement cognitif de la même manière que l’hypoxie et le régime cétogène », a déclaré Olson. Elle a ajouté qu’étant donné le rôle important de l’hippocampe dans l’apprentissage et la mémoire, ces changements offrent des indices sur la façon dont Bilophila influence le comportement cognitif.

Selon Mme Hsiao, les scientifiques commencent tout juste à découvrir les espèces microbiennes qui peuvent modifier le comportement des souris et d’autres animaux. Elle ajoute qu’il sera important d’étudier plus spécifiquement la manière dont les espèces microbiennes peuvent affecter le cerveau – par exemple, par des changements cellulaires qui se produisent en réponse aux microbes.

Les troubles cognitifs touchent des millions de personnes âgées de plus de 65 ans et sont associés à une grande variété de troubles métaboliques, immunologiques et neurodégénératifs chroniques, tels que la maladie d’Alzheimer. Elaine Hsiao, titulaire de la chaire De Logi de sciences biologiques de l’UCLA et professeur associé de maladies digestives à la David Geffen School of Medicine de l’UCLA, a déclaré que cette nouvelle étude pourrait constituer une étape importante vers l’identification des microbes qui affectent ou altèrent les capacités cognitives.

« L’identification des facteurs de risque précoces est essentielle pour permettre une détection et des interventions précoces en matière de troubles cognitifs », a déclaré Hsiao, auteur principal de l’article.

Hsiao a ajouté que d’autres recherches sont nécessaires pour déterminer si d’autres microbes intestinaux que Bilophila pourraient également affecter la capacité cognitive et si le microbiote pourrait influencer le déclin cognitif chez l’homme.