Od wielu lat trwają badania dotyczące oddziaływania bakterii jelitowych na cały organizm, m.in. układ odpornościowy i metabolizm. Wiadomo, że bakterie zasiedlające jelita zwierząt są także ściśle związane z funkcjonowaniem komórek nerwowych i mózgu, co przekłada się na odczuwanie emocji. Badania na ludziach wykazały powiązania między zaburzeniami neurorozwojowymi i neurodegeneracyjnymi a zmianami w mikroflorze jelitowej. Najprawdopodobniej odchylenia te obejmują sygnały nerwowe i hormonalne, niemniej mechanizmy bezpośrednio łączące mikrobiom jelitowy z zachowaniem pozostają wciąż nieznane.

Wykazano, że metabolit bakteryjny, zidentyfikowany jako siarczan 4-etylofenylu (4EPS), przyczynia się do istotnych zmian w funkcjonowaniu mózgu. Początkowo związek ten jest produkowany przez drobnoustroje w jelitach u ludzi i zwierząt, a następnie przechodzi przez barierę krew-mózg. W 2013 r. badacze zaobserwowali podwyższone stężenia tego związku u myszy o zmienionym profilu neurologicznym. Co więcej, w badaniu przesiewowym próbek ludzkiej krwi pobranej od 231 osób poziomy 4EPS były aż ok. 7-krotnie wyższe u dzieci ze spektrum autyzmu niż u dzieci neurotypowych.

Najnowsze badania prowadzone w Kalifornijskim Instytucie Technicznym skupiły się na oddziaływaniu 4EPS na myszy o zachowaniach lękowych. Pomiar niepokoju u tego modelu zwierzęcego mierzy się m.in. za pomocą obserwacji chęci do odkrywania nieznanych obszarów lub ukrywania się w nowej przestrzeni. Myszy o niskim poziomie lęku są ciekawe nowego miejsca, dlatego węszą dookoła w celu jak najlepszego poznania obcego środowiska. Z kolei myszy wykazujące niepokój mają skłonności do chowania się. Do doświadczenia zaangażowano dwie grupy myszy laboratoryjnych – jedna z nich została skolonizowana bakteriami genetycznie zmodyfikowanymi, zdolnymi do produkcji 4EPS, natomiast druga stanowiła grupę kontrolną skolonizowaną identycznymi bakteriami, jednak bez zdolności do wytwarzania 4EPS. Następnie myszy zostały wprowadzone na nową arenę, a naukowcy zmierzyli zachowanie każdej myszy oraz dokonali komparacji między grupami. Badanie wykazało, że myszy z 4EPS przez większość czasu ukrywały się i nie wykazywały skłonności do odkrywania nowego terenu, co wskazuje na wyższy poziom niepokoju w porównaniu do grupy kontrolnej.

Analiza ekspresji genów po sekwencjonowaniu mRNA pozwoliła na odkrycie dysfunkcji w obrębie oligodendrocytów (komórek gleju formujących osłonki mielinowe) u myszy z 4EPS. Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (MRI) i funkcjonalne obrazowanie ultrasonograficzne (fUSi) wykazały zwiększoną aktywność w obszarach mózgu związanych ze strachem i lękiem, oprócz ogólnych zmian w aktywności mózgu i łączności funkcjonalnej. W obecności 4EPS oligodendrocyty nie dojrzewają w sposób prawidłowy, co w konsekwencji prowadzi do zaburzonego formowania mieliny, otaczającej aksony. 

Po podaniu myszom z 4EPS leku (fumaranu klemastyny), zwiększającego produkcję mieliny w oligodendrocytach, prawidłowa produkcja mieliny u myszy została przywrócona, a zachowania lękowe złagodzone – farmaceutyk ten promuje tworzenie mieliny przez oligodendrocyty, co zapobiega zachowaniom lękowym, wywoływanym przez 4EPS. Wiadomo zatem, że siarczan 4-etylofenylu zmienia aktywność komórek mózgowych, przez co wpływa na zachowania u myszy. Kolejnym etapem prac będzie zbadanie mechanizmów, poprzez które 4EPS oddziałuje na oligodendrocyty, m.in. dzięki określeniu celów molekularnych na oligodendrocytach, scharakteryzowaniu białek, z którymi wchodzi w interakcje oraz sposobu, w jaki wpływa na mózg. Ponadto zespół sprawdza dane dotyczące bezpieczeństwa i tolerancji w pilotażowym badaniu na ludziach w rozpoczętych już badaniach klinicznych.