Bevezetés
Két közelmúltbeli tanulmány kimutatta, hogy az agyfejlődés kritikus korai szakaszában a bél mikrobiómája – a benne szaporodó baktériumok választéka – segít egy olyan agyrendszer kialakításában, amely fontos a későbbi élet során a szociális készségek szempontjából. A tudósok ezt a hatást halakban találták, de a molekuláris és neurológiai bizonyítékok hihetően arra utalnak, hogy ennek valamilyen formája emlősökben is előfordulhat, beleértve az embert is.
In egy papír november elején jelent meg PLOS biológia, A kutatók azt találták, hogy azok a zebrahalak, akik bélmikrobióma nélkül nőttek fel, sokkal kevésbé voltak szociálisak, mint kolonizált vastagbélű társaik, és agyuk szerkezete tükrözte a különbséget. Ban ben kapcsolódó cikk in BMC Genomics szeptember végén, leírták a bélbaktériumok által érintett neuronok molekuláris jellemzőit. Ezeknek a neuronoknak az egyenértékei megjelennek a rágcsálókban, és a tudósok most már más fajokban is kereshetik őket, beleértve az embert is.
Az elmúlt évtizedekben a tudósok megértették, hogy a bélrendszer és az agy erőteljesen kölcsönösen befolyásolják egymást. A bélfekélyek bizonyos típusait például összefüggésbe hozták a Parkinson-kórban szenvedő betegek tüneteinek rosszabbodásával. A klinikusok pedig régóta tudják, hogy a gyomor-bélrendszeri rendellenességek gyakrabban fordulnak elő azoknál az embereknél, akiknek idegrendszeri fejlődési rendellenességeik is vannak, mint például az ADHD és az autizmus spektrum zavar.
"Nemcsak az agy van hatással a bélrendszerre, hanem a bél is mélyen befolyásolhatja az agyat" - mondta Kara Margolis, a New York-i Egyetem Langone Health gyermek-gasztroenterológusa, aki nem vett részt az új kutatásban. Az azonban, hogy ezek az anatómiailag különálló szervek hogyan fejtik ki hatásukat, sokkal kevésbé világos.
Philip Washbourne, az Oregoni Egyetem molekuláris biológusa és az új tanulmányok egyik fő társszerzője, több mint két évtizede vizsgálja az autizmusban és a szociális viselkedésben szerepet játszó géneket. De ő és a laboratóriuma egy új modellszervezetet keresett, amelyik társas viselkedést mutat, de gyorsabban és könnyebben tenyészthető, mint az ő egereik. – Megtehetjük ezt halakban? felidézi, hogy elgondolkozott, majd: „Vegyünk igazán mennyiségi elemzést, és nézzük meg, meg tudjuk-e mérni, mennyire barátságosak a halak.”
Csíramentes hal
A genetikai kutatásokban is széles körben használt zebrahalak gyorsan szaporodnak és természetüknél fogva szociálisak. Kéthetes koruk után 12-XNUMX halrajban kezdenek lógni. Felnőtt korukig átlátszóak is, ami lehetővé teszi a kutatók számára, hogy megfigyeljék belső fejlődésüket anélkül, hogy fel kellene boncolniuk őket – ez a bravúr emlősmodelleknél, például egereknél teljesen lehetetlen.
A csapat kísérletezni kezdett egy olyan „csíramentes” zebrahal embrióival, amelyeket úgy tenyésztettek ki, hogy hiányzik a bélmikrobióm. Miután az apró halak kikeltek, a kutatók azonnal beoltották néhányukat a bélbaktériumok egészséges keverékével. De egy teljes hetet vártak, mielőtt beoltották a megmaradt halakat, és arra kényszerítették őket, hogy üres lappal kezdjék fejlődésüket.
A születéskor beoltott halak az ütemterv szerint, nagyjából 15 napos korukban kezdtek parkolni. De amikor eljött az ideje, hogy a csíramentes halak elinduljanak, „megdöbbentő módon nem tették meg” – mondta. Eisen Judit, az Oregoni Egyetem idegtudósa és az új kutatás társszerzője. Annak ellenére, hogy a halakat visszamenőleg adagolták bélmikrobákkal, nem értek el ugyanazokat a társadalmi fejlődési mérföldköveket, mint társaik.
Amikor Eisen, Washbourne és csapata megvizsgálta a halak agyát, nyilvánvaló szerkezeti különbségeket fedeztek fel. Azokban a halakban, amelyek életük első hetét mikrobiom nélkül töltötték, az előagyi neuronok egy speciális csoportja, amely befolyásolja a szociális viselkedést, több összefüggést mutatott. A klaszterben lényegesen kevesebb mikroglia is volt, az idegi immunsejtek, amelyek felelősek az agy törmelékének tisztításáért. „Ezek nagy, jelentős változások az idegrendszerben” – mondta Eisen. – Számomra ez óriási.
A csapat azt feltételezte, hogy az egészséges bélmikrobióma valamilyen módon lehetővé teszi a mikrogliák virágzását a zebrahalak agyában. Aztán bizonyos kritikus fejlődési periódusokban a mikroglia karbantartóként viselkedik, metszve az idegsejtek vadul elágazó „karjait”. Mikroglia nélkül, amely visszanyírta volna őket, a csíramentes halak szociális idegsejtjei összegabalyodtak, és úgy nőttek be, mint egy gondozatlan szarkalábak.
Nem világos, hogy a bélmikrobák hogyan küldenek jeleket a halak fejlődő agyába, hogy kiváltsák ezeket a hatásokat. A baktériumok elképesztő mennyiségű vegyi anyagot szabadítanak fel, és elméletileg bármely kellően kicsi vegyület átjuthat a vér-agy gáton. De az is lehetséges, hogy a bél és az agy között mozgó immunsejtek jelmolekulákat hordoznak magukkal, vagy bizonyos jelek a bélből felfelé haladnak a vagus ideg mentén.
Sok társaságkedvelő faj
Hasonló mechanizmusok játszhatnak szerepet más gerincesek, köztük az emberek társadalmi fejlődésében is. A társadalmi csoportosulás általános túlélési stratégia az állatvilágban. "Ez az egyik olyan viselkedés, amely az evolúció során jobban megmarad" - mondta Livia Hecke Morais, a California Institute of Technology kutatóbiológusa, aki nem vett részt az új vizsgálatokban.
Valójában Washbourne és Eisen korábban szinte azonos szociális neuronokat azonosított egerekben. "Ha ugyanazokat a sejttípusokat találja egy hal és egy egér között, valószínűleg ugyanazokat a sejttípusokat találhatja meg az emberben is" - mondta Washbourne.
Bevezetés
Morais azonban arra figyelmeztetett, hogy sem a zebrahalak, sem az egerek nem tökéletes analógjai az emberi lényeknek – vagy egymásnak. Az idegpályák kissé eltérőek a halakban és az egerekben, mondta. Ezen organizmusok mindegyikének különálló bélmikrobái vannak, amelyek különböző kémiai jeleket bocsáthatnak ki.
Mindazonáltal az elv nagyjából igaz lehet az élőlények különböző csoportjaira. Lehetséges, hogy a különböző mikrobiális vegyszerek továbbra is befolyásolhatják a mikroglia mennyiségét a zebrahalak, egerek, emberek és más állatok agyában, mondta Eisen. De egyetért azzal, hogy veszélyes a különböző fajok egyértelműen összekeverése. A modellszervezetek „nem pontosan ugyanazok, mint az emberek” – mondta.
A mikrobiomák sokasága
A jövőben Eisen, Washbourne és csapataik pontosan szeretnék meghatározni, hogyan küldenek jeleket a zebrahal bélmikrobái az agyába. Azt is meg akarják állapítani, hogy meddig tart az idegrendszer fejlődésének érzékeny időszaka, hogy kiderüljön, vajon a bélrendszerben történő korai beavatkozás vissza tudja-e téríteni az agy fejlődését. Végül azt remélik, hogy ez a kutatás mélyebb megértést ad majd arról, hogyan alakulnak ki az idegrendszeri fejlődési rendellenességek az emberekben – bár ez nehéznek bizonyulhat.
„A probléma az, hogy a hipotézist embereken kell tesztelni – mondta Margolis –, de ezt nagyon nehéz megtenni. Az emberi csecsemők bélrendszeri beavatkozásainak tesztelésére irányuló klinikai vizsgálat tervezésének logisztikája nehéz lenne, mivel az olyan állapotokat, mint az autizmus spektrumzavar, általában csak 7 éves koruk előtt diagnosztizálják, valószínűleg jóval a kritikus ablak bezárása után.
A mikrobiomák is jelentősen eltérnek még az azonos fajhoz tartozó egyedek között is. Két ember, akik a legtöbb tekintetben közel azonosnak tűnnek, 70%-ot meghaladóan különbözhetnek egymástól. Az ember mikrobiómájának egyszerű megnézése nem hasznos diagnosztikai eszköz az idegrendszeri fejlődési rendellenességek esetében. „Nincs egyetlen autista mikrobiom” – mondta Margolis.
Washbourne számára, ha ez az érzékeny fejlődési időszak létezik az emberekben, az szinte lehetetlenné teheti a beavatkozást. „Nem hiszem, hogy közelebb kerülünk egy varázsgolyóhoz” – mondta. De még az is, hogy a belek agyra gyakorolt hatását kis mértékben jellemezni tudjuk, segít megfejteni egy mélyen összetett emberi rejtélyt. Egyelőre azt mondta, ennyi elég.
