המיקרוביום של המעיים עוזר להתפתחות מיומנויות חברתיות במוח

שני מאמרים עדכניים הראו שבתקופה מוקדמת קריטית של התפתחות המוח, המיקרוביום של המעי - מבחר החיידקים הגדלים בתוכו - עוזר לעצב מערכת מוחית שחשובה לכישורים חברתיים בשלב מאוחר יותר בחיים. מדענים מצאו השפעה זו בדגים, אך עדויות מולקולריות ונוירולוגיות מצביעות באופן סביר על כך שצורה כלשהי שלה יכולה להתרחש גם ביונקים, כולל בני אדם.

In נייר פורסם בתחילת נובמבר ב PLOS ביולוגיה, חוקרים גילו שדגי זברה שגדלו ללא מיקרוביום במעיים היו הרבה פחות חברתיים מבני גילם עם המעי הגס, ומבנה המוח שלהם שיקף את ההבדל. ב מאמר קשור in BMC Genomics בסוף ספטמבר, הם תיארו מאפיינים מולקולריים של הנוירונים המושפעים מחיידקי המעי. מקבילים של אותם נוירונים מופיעים במכרסמים, ומדענים יכולים כעת לחפש אותם במינים אחרים, כולל בני אדם.

בעשורים האחרונים, מדענים הבינו שלמעיים ולמוח יש השפעות הדדיות חזקות. סוגים מסוימים של כיבי מעיים, למשל, נקשרו להחמרה בתסמינים אצל אנשים עם מחלת פרקינסון. ורופאים יודעים זה מכבר שהפרעות במערכת העיכול שכיחות יותר אצל אנשים שיש להם גם הפרעות נוירו-התפתחותיות, כמו הפרעות קשב וריכוז והפרעות על הספקטרום האוטיסטי.

"לא רק למוח יש השפעה על המעיים, אלא שהמעיים יכולים גם להשפיע עמוקות על המוח", אמר. קארה מרגוליס, גסטרואנטרולוג ילדים ב-Langone Health של אוניברסיטת ניו יורק, שלא היה מעורב במחקר החדש. עם זאת, איך האיברים הנפרדים הללו מבחינה אנטומית מפעילים את השפעתם, הרבה פחות ברור.

פיליפ וושבורן, ביולוג מולקולרי מאוניברסיטת אורגון ואחד השותפים העיקריים למחקרים החדשים, חוקר גנים המעורבים באוטיזם והתפתחות התנהגויות חברתיות במשך למעלה משני עשורים. אבל הוא והמעבדה שלו חיפשו מודל חדש של אורגניזם, כזה שהציג התנהגות חברתית אבל היה מהיר וקל יותר להתרבות מאשר העכברים שהלכו אליהם. "האם אנחנו יכולים לעשות את זה בדגים?" הוא נזכר שחשב, ואז: "בואו נהיה ממש כמותיים לגבי זה ונראה אם ​​נוכל למדוד כמה ידידותיים הדגים."

דגים ללא חיידקים

דגי זברה, שנמצאים בשימוש נרחב גם במחקר גנטיקה, מתרבים במהירות והם חברתיים באופן טבעי. אחרי שהם מגיעים לגיל שבועיים, הם מתחילים לבלות בלהקות של ארבעה עד 12 דגים. הם גם שקופים עד לבגרות, מה שמאפשר לחוקרים לצפות בהתפתחות הפנימית שלהם מבלי לנתח אותם - הישג שהוא כמעט בלתי אפשרי במודלים של יונקים, כמו עכברים.

הצוות החל להתנסות בעוברים משורה של דגי זברה "נטולי חיידקים" שגודלו כך שהם חסרי מיקרוביום במעיים. לאחר שהדגים הזעירים בקעו, החוקרים חיסנו מיד חלק מהם בתערובת בריאה של חיידקי מעיים. אבל הם המתינו שבוע שלם לפני שחיסנו את הדגים הנותרים, מה שאילץ אותם להתחיל את הפיתוח שלהם עם לוח ריק.

הדגים שחוסנו בלידתם החלו לצלוח בדיוק לפי לוח הזמנים, בערך בגיל 15 יום. אבל כשהגיע הזמן שהדגים נטולי החיידקים להתחיל, "למרבה הפלא, הם לא עשו את זה", אמר יהודית אייזן, מדען מוח באוניברסיטת אורגון ומחבר שותף של המחקר החדש. למרות שהדגים קיבלו מינון רטרואקטיבי של חיידקי מעיים, הם לא הגיעו לאותן אבני דרך בהתפתחות חברתית כמו בני גילם.

כאשר אייזן, וושבורן והצוות שלהם בחנו את מוחם של הדגים, הם גילו הבדלים מבניים ברורים. בדגים שבילו את השבוע הראשון לחייהם ללא מיקרוביום, מקבץ ספציפי של נוירונים במוח הקדמי המשפיעים על התנהגות חברתית הראה יותר קשרים הדדיים. לאשכול היו גם פחות מיקרוגליות באופן משמעותי, תאי החיסון העצביים שאחראים על ניקוי דטריטוס במוח. "אלה שינויים גדולים וגדולים במערכת העצבים", אמר אייזן. "בעיני, זה ענק."

הצוות שיער שמיקרוביום בריא במעיים מאפשר איכשהו למיקרוגליה לפרוח במוחות של דגי זברה. לאחר מכן, במהלך תקופות התפתחות קריטיות מסוימות, המיקרוגליה פועלות כמו עובדי תחזוקה, גוזמות את "הזרועות" המסועפות בפראות על נוירונים. ללא מיקרוגליה כדי לקצץ אותם בחזרה, הנוירונים החברתיים של הדגים נטולי הנבטים הסתבכו וצמחו כמו צריף לא מטופח.

לא ברור כיצד חיידקי המעי שולחים אותות למוחות המתפתחים של הדגים כדי לייצר את ההשפעות הללו. חיידקים משחררים מערך מדהים של כימיקלים, וכל תרכובת קטנה מספיק יכולה תיאורטית לחצות את מחסום הדם-מוח. אבל יתכן גם שתאי חיסון הנעים בין המעי למוח נושאים איתם מולקולות איתות, או שאותות מסוימים נעים מהמעיים לאורך עצב הוואגוס.

מינים חברותיים רבים

מנגנונים דומים עשויים לפעול בהתפתחות החברתית של בעלי חוליות אחרים, כולל בני אדם. קיבוץ חברתי הוא אסטרטגיית הישרדות נפוצה ברחבי ממלכת החיות. "זו אחת מההתנהגויות שנשמרות יותר לאורך האבולוציה", אמר ליביה הקה מוראיס, ביולוג מחקר במכון הטכנולוגי של קליפורניה שלא היה מעורב במחקרים החדשים.

למעשה, וושבורן ואייזן זיהו בעבר נוירונים חברתיים כמעט זהים בעכברים. "אם אתה יכול למצוא את אותם סוגי תאים בין דג לעכבר, אתה כנראה יכול למצוא את אותם סוגי תאים בבני אדם", אמר וושבורן.

עם זאת, מוראיס הזהיר כי לא דגי זברה ולא עכברים הם אנלוגים מושלמים לבני אדם - או זה לזה. המסלולים העצביים שונים במקצת בדגים ובעכברים, היא אמרה. ולכל אחד מהאורגניזמים הללו יש קבוצה ברורה של חיידקי מעיים, שעשויים לשחרר אותות כימיים שונים.

עם זאת, העיקרון יכול להיות נכון באופן כללי עבור קבוצות מגוונות של אורגניזמים. ייתכן שכימיקלים מיקרוביאליים שונים עדיין יכולים להשפיע על השפע המיקרוגליאלי במוחם של דגי זברה, עכברים, בני אדם וחיות אחרות, אמר אייזן. אבל היא מסכימה שזה מסוכן לאחד באופן חד משמעי בין מינים שונים. מודלים של אורגניזמים "אינם בדיוק כמו אנשים", אמרה.

ריבוי של מיקרוביומים

בעתיד, אייזן, וושבורן והצוותים שלהם רוצים להצביע בדיוק כיצד חיידקי המעיים של דג הזברה שולחים אותות למוחו. הם גם רוצים לקבוע כמה זמן התקופה הרגישה להתפתחות עצבית, כדי לראות אם התערבות מוקדמת במעיים יכולה להחזיר את התפתחות המוח למסלול. בסופו של דבר, הם מקווים שהמחקר הזה יספק הבנה מעמיקה יותר של האופן שבו הפרעות נוירו-התפתחותיות מתעוררות אצל אנשים - אם כי זה עשוי להתברר כקשה.

"הבעיה היא שצריך לבדוק את ההשערה בבני אדם", אמר מרגוליס, "אבל זה מאוד מאתגר לעשות". הלוגיסטיקה של תכנון ניסוי קליני לבדיקת התערבויות במעיים בתינוקות אנושית תהיה קשה מכיוון שמצבים כמו הפרעת הספקטרום האוטיסטי לא מאובחנים בדרך כלל עד גיל 7 או מאוחר יותר, ככל הנראה זמן רב לאחר סגירת החלון הקריטי.

מיקרוביומים גם משתנים באופן משמעותי אפילו בין פרטים מאותו מין. לשני אנשים שנראים כמעט זהים ברוב המובנים יכולים להיות קהילות מיקרוביאליות במעיים שנבדלות זו מזו ביותר מ-70%. עצם התבוננות במיקרוביום של אדם אינו כלי אבחון שימושי להפרעות נוירו-התפתחותיות. "אין מיקרוביום אוטיזם אחד", אמר מרגוליס.

עבור וושבורן, אם תקופה התפתחותית רגישה זו קיימת בבני אדם, היא עלולה להפוך התערבות לכמעט בלתי אפשרית. "אני לא חושב שאנחנו מתקרבים יותר לכדור קסם", אמר. אבל אפילו היכולת לאפיין את השפעת המעיים על המוח בצורה קטנה כלשהי עוזרת לפענח תעלומה אנושית מורכבת עמוקה. לעת עתה, אמר, זה מספיק.