गट माइक्रोबायोम मस्तिष्क में सामाजिक कौशल विकसित करने में मदद करता है

हाल के दो शोधपत्रों से पता चला है कि मस्तिष्क के विकास की एक महत्वपूर्ण शुरुआती अवधि के दौरान, आंत का माइक्रोबायोम - बैक्टीरिया का वर्गीकरण जो इसके भीतर बढ़ता है - एक मस्तिष्क प्रणाली को ढालने में मदद करता है जो जीवन में बाद में सामाजिक कौशल के लिए महत्वपूर्ण है। वैज्ञानिकों ने मछली में इस प्रभाव को पाया, लेकिन आणविक और स्नायविक सबूतों से पता चलता है कि इसका कुछ रूप मनुष्यों सहित स्तनधारियों में भी हो सकता है।

In एक पेपर नवंबर की शुरुआत में प्रकाशित पीएलओएस जीवविज्ञान, शोधकर्ताओं ने पाया कि ज़ेबरा मछली जो आंत माइक्रोबायोम की कमी के कारण बड़ी हुई थी, उपनिवेशित कॉलोनियों के साथ अपने साथियों की तुलना में बहुत कम सामाजिक थी, और उनके दिमाग की संरचना में अंतर परिलक्षित हुआ। में एक संबंधित लेख in बीएमसी जीनोमिक्स सितंबर के अंत में, उन्होंने गट बैक्टीरिया से प्रभावित न्यूरॉन्स की आणविक विशेषताओं का वर्णन किया। उन न्यूरॉन्स के समतुल्य कृन्तकों में दिखाई देते हैं, और वैज्ञानिक अब उन्हें मनुष्यों सहित अन्य प्रजातियों में देख सकते हैं।

हाल के दशकों में, वैज्ञानिकों को यह समझ में आ गया है कि आंत और मस्तिष्क में शक्तिशाली परस्पर प्रभाव होता है। उदाहरण के लिए, कुछ प्रकार के आंतों के अल्सर को पार्किंसंस रोग वाले लोगों में बिगड़ते लक्षणों से जोड़ा गया है। और चिकित्सक लंबे समय से जानते हैं कि गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल विकार उन लोगों में अधिक आम हैं जिनके पास एडीएचडी और ऑटिज्म स्पेक्ट्रम डिसऑर्डर जैसे न्यूरोडेवलपमेंटल डिसऑर्डर भी हैं।

"न केवल मस्तिष्क का आंत पर प्रभाव पड़ता है, बल्कि आंत भी मस्तिष्क को गहराई से प्रभावित कर सकती है," कहा कारा मार्गोलिस, न्यू यॉर्क यूनिवर्सिटी के लैंगोन हेल्थ में एक बाल रोग विशेषज्ञ, जो नए शोध में शामिल नहीं थे। हालांकि, ये शारीरिक रूप से अलग-अलग अंग अपने प्रभाव कैसे डालते हैं, यह बहुत कम स्पष्ट है।

फिलिप वॉशबोर्नओरेगन विश्वविद्यालय में एक आणविक जीवविज्ञानी और नए अध्ययनों के प्रमुख सह-लेखकों में से एक, दो दशकों से अधिक समय से आत्मकेंद्रित में फंसे जीन और सामाजिक व्यवहार के विकास का अध्ययन कर रहे हैं। लेकिन वह और उसकी प्रयोगशाला एक नए मॉडल जीव की तलाश कर रहे थे, जो कि सामाजिक व्यवहार प्रदर्शित करता था लेकिन उनके गो-टू, चूहों की तुलना में तेज़ और आसान था। "क्या हम इसे मछली में कर सकते हैं?" वह सोच को याद करता है, और फिर: "चलो इसके बारे में वास्तव में मात्रात्मक हो जाते हैं और देखते हैं कि क्या हम माप सकते हैं कि मछली कितनी अनुकूल होती है।"

रोगाणु मुक्त मछली

ज़ेबरा मछली, जो आनुवंशिकी अनुसंधान में भी व्यापक रूप से उपयोग की जाती है, जल्दी से प्रजनन करती है और स्वाभाविक रूप से सामाजिक होती है। जब वे दो सप्ताह के हो जाते हैं, तो वे चार से 12 मछलियों के झुंड में घूमने लगते हैं। वे वयस्कता तक भी पारदर्शी हैं, जो शोधकर्ताओं को उनके आंतरिक विकास का निरीक्षण करने की अनुमति देता है, बिना उन्हें विच्छेदित किए - एक ऐसा कारनामा जो चूहों जैसे स्तनधारी मॉडल में असंभव है।

टीम ने "रोगाणु-मुक्त" ज़ेबरा मछली की एक पंक्ति से भ्रूण के साथ प्रयोग करना शुरू किया, जिसमें आंत माइक्रोबायोम की कमी थी। छोटी मछलियों के निकलने के बाद, शोधकर्ताओं ने तुरंत उनमें से कुछ को आंत बैक्टीरिया के स्वस्थ मिश्रण के साथ टीका लगाया। लेकिन उन्होंने बची हुई मछलियों को टीका लगाने से पहले पूरे एक हफ्ते तक इंतजार किया, जिससे उन्हें एक खाली स्लेट के साथ अपना विकास शुरू करने के लिए मजबूर होना पड़ा।

जिस मछली को जन्म के समय टीका लगाया गया था, वह लगभग 15 दिन की उम्र में सही समय पर शोलिंग करने लगी थी। लेकिन जब रोगाणु मुक्त मछली शुरू करने का समय आया, तो "चौंकाने वाली बात यह है कि उन्होंने ऐसा नहीं किया," कहा जूडिथ ईसेन, ओरेगन विश्वविद्यालय में एक न्यूरोसाइंटिस्ट और नए शोध के सह-लेखक। भले ही मछलियों को आंत रोगाणुओं के साथ पूर्वव्यापी रूप से लगाया गया था, वे अपने साथियों के समान सामाजिक विकास के मील के पत्थर नहीं मार रहे थे।

जब ईसेन, वॉशबोर्न और उनकी टीम ने मछलियों के दिमाग की जांच की, तो उन्होंने स्पष्ट संरचनात्मक अंतरों की खोज की। जिन मछलियों ने अपने जीवन का पहला हफ्ता माइक्रोबायोम के बिना बिताया, उनमें अग्रमस्तिष्क के न्यूरॉन्स का एक विशिष्ट समूह जो सामाजिक व्यवहार को प्रभावित करता है, ने अधिक अंतर्संबंध दिखाया। क्लस्टर में काफी कम माइक्रोग्लिया भी थी, मस्तिष्क में डिटरिटस की सफाई के लिए जिम्मेदार तंत्रिका प्रतिरक्षा कोशिकाएं। "ये तंत्रिका तंत्र में बड़े, बड़े बदलाव हैं," ईसेन ने कहा। "मेरे लिए, यह बहुत बड़ा है।"

टीम ने परिकल्पना की कि एक स्वस्थ आंत माइक्रोबायोम किसी तरह माइक्रोग्लिया को ज़ेबरा मछली के दिमाग में पनपने में सक्षम बनाता है। फिर, कुछ महत्वपूर्ण विकासात्मक अवधियों के दौरान, माइक्रोग्लिया रखरखाव श्रमिकों की तरह कार्य करती है, जो न्यूरॉन्स पर बेतहाशा "हथियारों" की छंटाई करती है। माइक्रोग्लिया के बिना उन्हें वापस ट्रिम करने के लिए, रोगाणु-मुक्त मछलियों के सामाजिक न्यूरॉन्स पेचीदा हो गए और एक अनियंत्रित झंझट की तरह उग आए।

इन प्रभावों का उत्पादन करने के लिए आंतों के सूक्ष्म जीव मछलियों के विकासशील मस्तिष्क को कैसे संकेत भेजते हैं, यह स्पष्ट नहीं है। बैक्टीरिया रसायनों की एक चौंका देने वाली सरणी छोड़ते हैं, और कोई भी पर्याप्त रूप से छोटा यौगिक सैद्धांतिक रूप से रक्त-मस्तिष्क की बाधा को पार कर सकता है। लेकिन यह भी संभव है कि आंत और मस्तिष्क के बीच चलने वाली प्रतिरक्षा कोशिकाएं अपने साथ संकेत अणु ले जाती हैं, या यह कि कुछ संकेत आंत से वेगस तंत्रिका के साथ ऊपर जाते हैं।

कई मिलनसार प्रजातियां

मनुष्यों सहित अन्य कशेरुकियों के सामाजिक विकास में इसी तरह के तंत्र की भूमिका हो सकती है। जानवरों के साम्राज्य में सामाजिक समूहीकरण एक सामान्य उत्तरजीविता रणनीति है। "यह उन व्यवहारों में से एक है जो विकास के दौरान अधिक संरक्षित है," कहा लिविया हेके मोरिस, कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के एक शोध जीवविज्ञानी जो नए अध्ययनों में शामिल नहीं थे।

वास्तव में, वाशबोर्न और ईसेन ने पहले चूहों में लगभग समान सामाजिक न्यूरॉन्स की पहचान की थी। वाशबोर्न ने कहा, "यदि आप एक मछली और एक चूहे के बीच एक ही प्रकार की कोशिकाएँ पा सकते हैं, तो आप शायद मनुष्यों में एक ही तरह की कोशिकाएँ पा सकते हैं।"

हालांकि, मोरिस ने आगाह किया कि न तो ज़ेबरा मछली और न ही चूहे इंसानों के लिए - या एक दूसरे के लिए सही अनुरूप हैं। उसने कहा, मछली और चूहों में तंत्रिका पथ थोड़ा अलग हैं। और इन जीवों में से प्रत्येक में आंत रोगाणुओं का एक अलग सेट होता है, जो विभिन्न रासायनिक संकेतों को जारी कर सकता है।

फिर भी, सिद्धांत जीवों के विविध समूहों के लिए मोटे तौर पर सही हो सकता है। यह संभव है कि विभिन्न माइक्रोबियल रसायन अभी भी ज़ेबरा मछली, चूहों, मनुष्यों और अन्य जानवरों के मस्तिष्क में माइक्रोग्लिअल बहुतायत को प्रभावित कर सकते हैं, ईसेन ने कहा। लेकिन वह इस बात से सहमत हैं कि अलग-अलग प्रजातियों को स्पष्ट रूप से भ्रमित करना खतरनाक है। मॉडल जीव "लोगों के समान नहीं हैं," उसने कहा।

माइक्रोबायोम की बहुलता

भविष्य में, ईसेन, वाशबोर्न और उनकी टीमें सटीक रूप से यह इंगित करना चाहती हैं कि ज़ेबरा मछली के आंत के रोगाणु उसके मस्तिष्क को कैसे संकेत भेजते हैं। वे यह भी स्थापित करना चाहते हैं कि न्यूरोडेवलपमेंट के लिए संवेदनशील अवधि कितनी लंबी है, यह देखने के लिए कि आंत में शुरुआती हस्तक्षेप मस्तिष्क के विकास को वापस ट्रैक पर ला सकता है या नहीं। आखिरकार, उन्हें उम्मीद है कि यह शोध इस बात की गहरी समझ प्रदान करेगा कि लोगों में न्यूरोडेवलपमेंटल विकार कैसे उत्पन्न होते हैं - हालांकि यह मुश्किल साबित हो सकता है।

"मुद्दा यह है कि परिकल्पना को मनुष्यों में परीक्षण करने की आवश्यकता है," मार्गोलिस ने कहा, "लेकिन ऐसा करना बहुत चुनौतीपूर्ण है।" मानव शिशुओं में आंत के हस्तक्षेप का परीक्षण करने के लिए एक नैदानिक ​​​​परीक्षण को डिजाइन करने की रसद कठिन होगी क्योंकि आत्मकेंद्रित स्पेक्ट्रम विकार जैसी स्थितियों का आमतौर पर 7 या बाद की उम्र तक निदान नहीं किया जाता है, संभवतः महत्वपूर्ण खिड़की बंद होने के लंबे समय बाद।

एक ही प्रजाति के व्यक्तियों के बीच भी माइक्रोबायोम काफी भिन्न होते हैं। दो लोग जो ज्यादातर मामलों में लगभग समान लगते हैं, उनमें आंत माइक्रोबियल समुदाय हो सकते हैं जो 70% से अधिक भिन्न होते हैं। बस किसी व्यक्ति के माइक्रोबायोम को देखना न्यूरोडेवलपमेंटल डिसऑर्डर के लिए उपयोगी डायग्नोस्टिक टूल नहीं है। मार्गोलिस ने कहा, "कोई भी आत्मकेंद्रित माइक्रोबायोम नहीं है।"

वाशबोर्न के लिए, यदि यह संवेदनशील विकासात्मक अवधि मनुष्यों में मौजूद है, तो यह हस्तक्षेप को लगभग असंभव बना सकता है। "मुझे नहीं लगता कि हम किसी जादू की गोली के करीब पहुंच रहे हैं," उन्होंने कहा। लेकिन यहां तक ​​​​कि मस्तिष्क पर आंत के प्रभाव को किसी छोटे तरीके से चित्रित करने में सक्षम होने से एक गहन जटिल मानव रहस्य को उजागर करने में मदद मिलती है। अभी के लिए, उन्होंने कहा, यह काफी है।