esittely
Kaksi äskettäistä julkaisua ovat osoittaneet, että aivojen kehityksen kriittisen varhaisen ajanjakson aikana suolen mikrobiomi – siinä kasvava bakteerilajitelma – auttaa muovaamaan aivojärjestelmää, joka on tärkeä sosiaalisten taitojen kannalta myöhemmässä elämässä. Tutkijat havaitsivat tämän vaikutuksen kaloissa, mutta molekyyli- ja neurologiset todisteet viittaavat uskottavasti siihen, että jokin sen muoto voisi esiintyä myös nisäkkäissä, mukaan lukien ihmiset.
In paperi julkaistiin marraskuun alussa PLOS-biologia, Tutkijat havaitsivat, että seeprakalat, jotka kasvoivat ilman suoliston mikrobiomia, olivat paljon vähemmän sosiaalisia kuin heidän ikäisensä, joilla oli kolonisoitunut paksusuoli, ja heidän aivojensa rakenne heijasteli eroa. Sisään aiheeseen liittyvä artikkeli in BMC Genomics syyskuun lopulla, he kuvasivat suolistobakteerien vaikuttamien hermosolujen molekyyliominaisuuksia. Näiden hermosolujen vastineita esiintyy jyrsijöissä, ja tutkijat voivat nyt etsiä niitä muista lajeista, myös ihmisistä.
Viime vuosikymmeninä tiedemiehet ovat ymmärtäneet, että suolistolla ja aivoilla on voimakas keskinäinen vaikutus. Tietyntyyppiset suolistohaavat, esimerkiksi, on yhdistetty Parkinsonin tautia sairastavien ihmisten oireiden pahenemiseen. Ja lääkärit ovat pitkään tienneet, että ruoansulatuskanavan häiriöt ovat yleisempiä ihmisillä, joilla on myös hermoston kehityshäiriöitä, kuten ADHD ja autismikirjon häiriö.
"Aivoilla ei ole vain vaikutusta suolistoon, vaan suolisto voi myös vaikuttaa syvästi aivoihin", sanoi Kara Margolis, lasten gastroenterologi New Yorkin yliopiston Langone Healthista, joka ei ollut mukana uudessa tutkimuksessa. Se, miten nämä anatomisesti erilliset elimet vaikuttavat, on kuitenkin paljon epäselvä.
Philip Washbourne, molekyylibiologi Oregonin yliopistosta ja yksi uusien tutkimusten päätekijöistä, on tutkinut autismiin ja sosiaalisen käyttäytymisen kehitykseen liittyviä geenejä yli kahden vuosikymmenen ajan. Mutta hän ja hänen laboratorionsa etsivät uutta malliorganismia, joka osoitti sosiaalista käyttäytymistä, mutta joka oli nopeampi ja helpompi kasvattaa kuin heidän perinteiset hiirensä. "Voimmeko tehdä tämän kaloilla?" hän muistelee miettineensä ja sitten: "Otetaanpa todella kvantitatiivisia tietoja siitä ja katsotaan, voimmeko mitata, kuinka ystävällisiä kalat ovat."
Bakteeriton kala
Seeprakalat, joita käytetään laajasti myös geneettisessä tutkimuksessa, lisääntyvät nopeasti ja ovat luonnostaan sosiaalisia. Kahden viikon ikäisinä ne alkavat hengailla 12-XNUMX kalaparvissa. Ne ovat myös läpinäkyviä aikuisikään asti, minkä ansiosta tutkijat voivat tarkkailla niiden sisäistä kehitystä ilman, että niitä tarvitsee leikata. Tämä saavutus on täysin mahdotonta nisäkäsmalleissa, kuten hiirissä.
Ryhmä alkoi kokeilla alkioita "bakteerittomien" seeprakalojen linjasta, joilta puuttui suolen mikrobiomi. Kun pienet kalat kuoriutuivat, tutkijat rokottivat osaan niistä välittömästi terveellistä suolistobakteerien sekoitusta. Mutta he odottivat kokonaisen viikon ennen kuin rokottivat jäljellä olevat kalat, mikä pakotti heidät aloittamaan kehityksensä tyhjältä pöydältä.
Kalat, jotka oli rokotettu syntyessään, alkoivat parvioida juuri aikataulun mukaisesti, noin 15 päivän ikäisinä. Mutta kun bakteerittomien kalojen tuli aloittaa, "järkyttävää kyllä, he eivät tehneet sitä", sanoi Judith Eisen, Oregonin yliopiston neurotieteilijä ja uuden tutkimuksen toinen kirjoittaja. Vaikka kaloille oli annosteltu takautuvasti suoliston mikrobeja, ne eivät saavuttaneet samoja sosiaalisen kehityksen virstanpylväitä kuin ikäisensä.
Kun Eisen, Washbourne ja heidän tiiminsä tutkivat kalojen aivoja, he havaitsivat ilmeisiä rakenteellisia eroja. Kaloissa, jotka viettivät ensimmäisen elämänsä ilman mikrobiomia, tietty sosiaaliseen käyttäytymiseen vaikuttavien etuaivojen hermosolujen ryhmä osoitti enemmän keskinäisiä yhteyksiä. Klusterissa oli myös huomattavasti vähemmän mikrogliaa, hermosolujen immuunisoluja, jotka vastaavat roskan puhdistamisesta aivoissa. "Nämä ovat suuria, suuria muutoksia hermostossa", Eisen sanoi. "Minulle se on valtavaa."
Ryhmä oletti, että terve suolen mikrobiomi mahdollistaa mikroglian kukoistamisen seeprakalojen aivoissa. Sitten tiettyjen kriittisten kehityskausien aikana mikrogliat toimivat kuin huoltotyöntekijät ja leikkaavat hermosolujen villisti haarautuvia "käsivarsia". Ilman mikrogliaa, joka leikkasi niitä takaisin, bakteerittomien kalojen sosiaaliset neuronit sotkeutuivat ja kasvoivat umpeen kuin hoitamaton kalja.
Ei ole selvää, kuinka suolistomikrobit lähettävät signaaleja kalojen kehittyville aivoille näiden vaikutusten aikaansaamiseksi. Bakteerit vapauttavat hämmästyttävän joukon kemikaaleja, ja mikä tahansa riittävän pieni yhdiste voisi teoriassa ylittää veri-aivoesteen. Mutta on myös mahdollista, että suolen ja aivojen välillä liikkuvat immuunisolut kuljettavat mukanaan signaalimolekyylejä tai että tietyt signaalit kulkevat suolesta ylöspäin vagushermoa pitkin.
Monet seuralliset lajit
Samanlaisia mekanismeja voi esiintyä muiden selkärankaisten, myös ihmisten, sosiaalisessa kehityksessä. Sosiaalinen ryhmittely on yleinen selviytymisstrategia kaikkialla eläinkunnassa. "Se on yksi niistä käyttäytymismalleista, jotka säilyvät paremmin evoluution aikana", sanoi Livia Hecke Morais, California Institute of Technologyn tutkimusbiologi, joka ei ollut mukana uusissa tutkimuksissa.
Itse asiassa Washbourne ja Eisen olivat aiemmin tunnistaneet lähes identtiset sosiaaliset neuronit hiirissä. "Jos voit löytää samat solutyypit kalan ja hiiren välillä, voit todennäköisesti löytää samat solutyypit ihmisistä", sanoi Washbourne.
esittely
Morais varoitti kuitenkin, että seeprakalat tai hiiret eivät ole täydellisiä analogeja ihmisille - tai toisilleen. Hermopolut ovat hieman erilaisia kaloissa ja hiirissä, hän sanoi. Ja jokaisella näistä organismeista on erillinen joukko suoliston mikrobeja, jotka voivat vapauttaa erilaisia kemiallisia signaaleja.
Periaate voisi kuitenkin päteä laajalti erilaisille organismiryhmille. On mahdollista, että erilaiset mikrobikemikaalit voivat edelleen vaikuttaa mikroglian runsauttamiseen seeprakalojen, hiirten, ihmisten ja muiden eläinten aivoissa, Eisen sanoi. Mutta hän on samaa mieltä siitä, että eri lajien yksiselitteinen sekoittaminen on vaarallista. Malliorganismit "eivät ole täsmälleen samoja kuin ihmiset", hän sanoi.
Useita mikrobiomeja
Tulevaisuudessa Eisen, Washbourne ja heidän tiiminsä haluavat selvittää tarkasti, kuinka seeprakalan suolistomikrobit lähettävät signaaleja sen aivoihin. He haluavat myös selvittää, kuinka pitkä hermokehityksen herkkyysjakso on, jotta nähdään, voiko varhainen interventio suolistossa saada aivojen kehityksen takaisin raiteilleen. Lopulta he toivovat, että tämä tutkimus antaa syvemmän ymmärryksen siitä, kuinka hermoston kehityshäiriöt syntyvät ihmisillä - vaikka tämä voi osoittautua vaikeaksi.
"Kysymys on, että hypoteesia on testattava ihmisillä", Margolis sanoi, "mutta tämä on erittäin haastavaa." Logistiikka suunniteltaessa kliinistä tutkimusta, jolla testataan suoliston interventioita ihmislapsilla, olisi vaikeaa, koska autismikirjon häiriön kaltaiset sairaudet diagnosoidaan yleensä vasta 7-vuotiaana tai myöhemmin, todennäköisesti kauan sen jälkeen, kun kriittinen ikkuna on sulkeutunut.
Myös mikrobiomit vaihtelevat merkittävästi jopa saman lajin yksilöiden välillä. Kahdella ihmisellä, jotka näyttävät useimmissa suhteissa lähes identtisiltä, voi olla suoliston mikrobiyhteisöjä, jotka eroavat yli 70 %. Pelkästään ihmisen mikrobiomin tarkasteleminen ei ole hyödyllinen diagnostinen työkalu hermoston kehityshäiriöille. "Ei ole yhtä autismin mikrobiomia", Margolis sanoi.
Jos tämä herkkä kehitysjakso on olemassa ihmisillä, Washbournen mielestä se voi tehdä interventiosta lähes mahdottomaksi. "En usko, että olemme tulossa lähemmäksi taikaluoteja", hän sanoi. Mutta jopa kyky luonnehtia suolen vaikutusta aivoihin jollain pienellä tavalla auttaa ratkaisemaan syvästi monimutkaisen ihmismysteerin. Toistaiseksi, hän sanoi, se riittää.
