Processed foods and effect on developing fetus' brain: Autism link?
With the number of children diagnosed with autism on the rise, the need to find what causes the disorder becomes more urgent every day. UCF researchers are now a step closer to showing the link between the food pregnant women consume and the effects on a fetus' developing brain.
Drs. Saleh Naser, Latifa Abdelli and UCF undergraduate research assistant Aseela Samsam have identified the molecular changes that happen when neural stem cells are exposed to high levels of an acid commonly found in processed foods. In a study published in Scientific Reports, a Nature journal, the UCF scientists discovered how high levels of Propionic Acid (PPA), used to increase the shelf life of packaged foods and inhibit mold in commercially processed cheese and bread, reduce the development of neurons in fetal brains.
Dr. Naser, who specializes in gastroenterology research at the College of Medicine's Burnett School of Biomedical Sciences, began the study after reports showed that autistic children often suffer from gastric issues such as irritable bowel syndrome. He wondered about a possible link between the gut and the brain and began examining how the microbiome -- or gut bacteria -- differed between people with autism and those who do not have the condition.
"Studies have shown a higher level of PPA in stool samples from children with autism and the gut microbiome in autistic children is different," Dr. Naser said. "I wanted to know what the underlying cause was."
In the lab, the scientists found exposing neural stem cells to excessive PPA damages brain cells in several ways. First, the acid disrupts the natural balance between brain cells by reducing the number of neurons and over-producing glial cells. While glial cells help develop and protect neuron function, too many glia cells disturb connectivity between neurons. They also cause inflammation, which has been noted in the brains of autistic children.
Excessive amounts of the acid also shorten and damage pathways that neurons use to communicate with the rest of the body. The combination of reduced neurons and damaged pathways impede the brain's ability to communicate, resulting in behaviors that are often found in children with autism, including repetitive behavior, mobility issues and inability to interact with others.
Previous studies have proposed links between autism and environmental and genetic factors, but Drs. Naser and Abdelli say their study is the first to discover the molecular link between elevated levels of PPA, proliferation of glial cells, disturbed neural circuitry and autism. The 18-month study was self-funded by UCF.
PPA occurs naturally in the gut and a mother's microbiome changes during pregnancy and can cause increases in the acid. But Drs. Naser and Abdelli said eating packaged foods containing the acid can further increase PPA in the woman's gut, which then crosses to the fetus.
More research needs to be done before drawing clinical conclusions. Next, the research team will attempt to validate its findings in mice models by seeing if a high PPA maternal diet causes autism in mice genetically predisposed to the condition. There is no cure for autism, which affects about 1 in 59 children, but the scientists hope their findings will advance studies for ways to prevent the disorder.
"This research is only the first step towards better understanding of Autism Spectrum Disorder," the UCF scientists concluded. "But we have confidence we are on the right track to finally uncovering autism etiology."
Latifa S. Abdelli, Aseela Samsam, Saleh A. Naser. Propionic Acid Induces Gliosis and Neuro-inflammation through Modulation of PTEN/AKT Pathway in Autism Spectrum Disorder. Scientific Reports, 2019; 9 (1) DOI: 10.1038/s41598-019-45348-z

De door de computer vertaalde Engelse tekst (let op: gelet op de vaak technische inhoud van een artikel kunnen bij het vertalen wellicht vreemde en soms niet helemaal juiste woorden en/of zinnen gevormd worden)

Bewerkte voedingsmiddelen en effect op het ontwikkelen van de hersenen van de foetus: autismelink?
Nu het aantal kinderen met autisme toeneemt, wordt de behoefte om erachter te komen wat de aandoening veroorzaakt elke dag urgenter. UCF-onderzoekers zijn nu een stap dichter bij het aantonen van het verband tussen het voedsel dat zwangere vrouwen consumeren en de effecten op de zich ontwikkelende hersenen van een foetus.
Drs. Saleh Naser, Latifa Abdelli en UCF niet-gegradueerde onderzoeksassistent Aseela Samsam hebben de moleculaire veranderingen geïdentificeerd die optreden wanneer neurale stamcellen worden blootgesteld aan hoge niveaus van een zuur dat vaak voorkomt in bewerkte voedingsmiddelen. In een studie gepubliceerd in Scientific Reports, een Nature-tijdschrift, ontdekten de UCF-wetenschappers hoe hoge niveaus van propionzuur (PPA) werden gebruikt om de houdbaarheid van verpakte voedingsmiddelen te verhogen en schimmel in commercieel verwerkte kaas en brood te remmen, de ontwikkeling te verminderen van neuronen in foetale hersenen.
Dr. Naser, die gespecialiseerd is in gastro-enterologisch onderzoek aan de Burnett School of Biomedical Sciences van het College of Medicine, begon de studie nadat rapporten aantoonden dat autistische kinderen vaak last hebben van maagproblemen zoals het prikkelbare darm syndroom. Hij vroeg zich af over een mogelijk verband tussen de darm en de hersenen en begon te onderzoeken hoe het microbioom - of darmbacteriën - verschilden tussen mensen met autisme en mensen die de aandoening niet hebben.
"Studies hebben een hoger niveau van PPA aangetoond in ontlastingsmonsters van kinderen met autisme en het darmmicrobioom bij autistische kinderen is anders," zei Dr. Naser. "Ik wilde weten wat de onderliggende oorzaak was."
In het laboratorium vonden de wetenschappers dat het blootstellen van neurale stamcellen aan buitensporige PPA hersencellen op verschillende manieren beschadigt. Ten eerste verstoort het zuur het natuurlijke evenwicht tussen hersencellen door het aantal neuronen en overproducerende gliacellen te verminderen. Hoewel gliacellen helpen bij het ontwikkelen en beschermen van de neuronfunctie, verstoren teveel glia-cellen de connectiviteit tussen neuronen. Ze veroorzaken ook ontstekingen, wat is opgemerkt in de hersenen van autistische kinderen.
Overmatige hoeveelheden van het zuur verkorten en beschadigen ook paden die neuronen gebruiken om te communiceren met de rest van het lichaam. De combinatie van verminderde neuronen en beschadigde paden belemmert het vermogen van de hersenen om te communiceren, wat resulteert in gedrag dat vaak wordt gevonden bij kinderen met autisme, waaronder repetitief gedrag, mobiliteitsproblemen en het onvermogen om met anderen te communiceren.
Eerdere studies hebben verbanden voorgesteld tussen autisme en omgevings- en genetische factoren, maar Drs. Naser en Abdelli zeggen dat hun studie de eerste is die de moleculaire link ontdekt tussen verhoogde niveaus van PPA, proliferatie van gliale cellen, verstoorde neurale circuits en autisme. De 18 maanden durende studie werd zelf gefinancierd door UCF.
PPA komt van nature in de darm voor en het microbioom van een moeder verandert tijdens de zwangerschap en kan een toename van het zuur veroorzaken. Maar Drs. Naser en Abdelli zeiden dat het eten van verpakt voedsel dat het zuur bevat, de PPA in de darm van de vrouw verder kan verhogen, die vervolgens naar de foetus gaat.
Er moet meer onderzoek worden gedaan voordat klinische conclusies worden getrokken. Vervolgens zal het onderzoeksteam proberen zijn bevindingen in muizenmodellen te valideren door te kijken of een hoog PPA maternaal dieet autisme veroorzaakt bij muizen die genetisch vatbaar zijn voor de aandoening. Er is geen remedie voor autisme, dat ongeveer 1 op 59 kinderen treft, maar de wetenschappers hopen dat hun bevindingen studies zullen bevorderen naar manieren om de aandoening te voorkomen.
"Dit onderzoek is slechts de eerste stap naar een beter begrip van autismespectrumstoornis", concludeerden de UCF-wetenschappers. "Maar we hebben er vertrouwen in dat we op de goede weg zijn om eindelijk autisme-etiologie bloot te leggen."
Latifa S. Abdelli, Aseela Samsam, Saleh A. Naser. Propionzuur induceert gliosis en neuro-ontsteking door modulatie van PTEN / AKT-pathway bij autismespectrumstoornis. Wetenschappelijke rapporten, 2019; 9 (1) DOI: 10.1038 / s41598-019-45348-z