개요
최근의 두 논문은 뇌 발달의 중요한 초기 시기에 장내 미생물군(장내에서 자라는 다양한 박테리아)이 나중에 인생의 사회적 기술에 중요한 뇌 시스템을 형성하는 데 도움이 된다는 것을 보여주었습니다. 과학자들은 어류에서 이러한 영향을 발견했지만, 분자 및 신경학적 증거는 인간을 포함한 포유류에서도 일부 형태가 발생할 수 있음을 그럴듯하게 시사합니다.
In 종이 에서 XNUMX월 초에 발표된 플로스 생물학, 연구자들은 장내 미생물군이 결핍된 상태에서 자란 얼룩말 물고기가 결장을 식민지화한 동료보다 훨씬 덜 사회적이며 그들의 뇌 구조가 그 차이를 반영한다는 사실을 발견했습니다. ~ 안에 관련 기사 in BMC Genomics XNUMX월 말, 그들은 장내 세균에 의해 영향을 받는 뉴런의 분자적 특성을 설명했습니다. 그 뉴런과 동등한 것이 설치류에서 나타나며 과학자들은 이제 인간을 포함한 다른 종에서 그것들을 찾을 수 있습니다.
최근 수십 년 동안 과학자들은 장과 뇌가 상호 강력한 영향을 미친다는 사실을 이해하게 되었습니다. 예를 들어 특정 유형의 장 궤양은 파킨슨병 환자의 증상 악화와 관련이 있습니다. 그리고 임상의들은 위장 장애가 ADHD 및 자폐 스펙트럼 장애와 같은 신경 발달 장애가 있는 사람들에게 더 흔하다는 사실을 오랫동안 알고 있었습니다.
"뇌는 장에 영향을 미칠 뿐만 아니라 장도 뇌에 깊은 영향을 미칠 수 있습니다."라고 말했습니다. 카라 마골리스, 새로운 연구에 참여하지 않은 뉴욕 대학의 Langone Health의 소아 위장병 학자. 그러나 해부학적으로 분리된 이 기관들이 어떻게 효과를 발휘하는지는 훨씬 덜 명확합니다.
필립 워시본오레곤 대학의 분자 생물학자이자 새로운 연구의 주요 공저자 중 한 명인 은 XNUMX년 이상 자폐증과 사회적 행동 발달에 관련된 유전자를 연구해 왔습니다. 그러나 그와 그의 연구실은 사회적 행동을 나타내지만 그들이 선호하는 생쥐보다 더 빠르고 쉽게 번식할 수 있는 새로운 모델 유기체를 찾고 있었습니다. "우리는 물고기에서 이것을 할 수 있습니까?" 그는 "그것에 대해 정말 정량적으로 살펴보고 물고기가 얼마나 친근해지는지 측정할 수 있는지 봅시다."라고 생각했던 것을 회상합니다.
무균 생선
유전학 연구에도 널리 사용되는 얼룩말 물고기는 빠르게 번식하고 자연스럽게 사회적입니다. 생후 12주가 지나면 XNUMX~XNUMX마리의 물고기 떼에서 어울리기 시작합니다. 그들은 또한 성인이 될 때까지 투명하여 연구자들이 해부하지 않고도 내부 발달을 관찰할 수 있습니다. 이는 생쥐와 같은 포유류 모델에서는 거의 불가능한 업적입니다.
연구팀은 장내 미생물군이 결여되도록 사육된 "무균" 제브라 피쉬 계통의 배아로 실험을 시작했습니다. 작은 물고기가 부화한 후 연구자들은 즉시 그들 중 일부에 건강한 장내 박테리아를 접종했습니다. 그러나 그들은 남은 물고기를 접종하기까지 일주일을 기다렸고 백지 상태에서 개발을 시작해야 했습니다.
태어날 때 예방접종을 받은 물고기는 대략 15일 정도 되었을 때 일정에 맞춰 떼를 지어 다니기 시작했습니다. 그러나 무균 물고기가 시작될 때가 되자 "놀랍게도 그들은 그것을 하지 않았다"고 말했다. 주디스 아이젠, 오레곤 대학의 신경 과학자이자 새로운 연구의 공동 저자입니다. 물고기에게 장내 미생물을 소급 투여했지만 동료와 동일한 사회적 발달 이정표를 달성하지 못했습니다.
Eisen, Washbourne 및 그들의 팀이 물고기의 뇌를 조사했을 때 그들은 명백한 구조적 차이를 발견했습니다. 생후 첫 주를 마이크로바이옴 없이 보낸 물고기에서 사회적 행동에 영향을 미치는 특정 전뇌 뉴런 클러스터는 더 많은 상호 연결을 보였습니다. 클러스터는 또한 뇌의 이물질 청소를 담당하는 신경 면역 세포인 미세아교세포가 상당히 적었습니다. "이것은 신경계의 크고 중요한 변화입니다."라고 Eisen은 말했습니다. "나에게 그것은 엄청난 일입니다."
연구팀은 건강한 장내 미생물 군집이 어떻게든 제브라피쉬 뇌에서 미세아교세포가 번성할 수 있게 한다는 가설을 세웠습니다. 그런 다음 특정 중요한 발달 기간 동안 미세아교세포는 유지 보수 작업자처럼 행동하여 뉴런에서 거칠게 분기되는 "팔"을 잘라냅니다. 이를 다듬을 소교세포가 없으면 무균 물고기의 사회적 뉴런은 엉키고 관리되지 않은 가시나무처럼 무성하게 됩니다.
장내 미생물이 물고기의 발달 중인 뇌에 신호를 보내 이러한 효과를 생성하는 방법은 명확하지 않습니다. 박테리아는 엄청나게 많은 화학 물질을 방출하며 충분히 작은 화합물은 이론적으로 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 있습니다. 그러나 장과 뇌 사이를 이동하는 면역 세포가 신호 분자를 운반하거나 특정 신호가 미주 신경을 따라 장에서 위로 이동하는 것도 가능합니다.
많은 사교적 종
유사한 메커니즘이 인간을 포함한 다른 척추동물의 사회적 발달에서 작용할 수 있습니다. 사회 집단화는 동물계 전체에서 공통적인 생존 전략입니다. "진화를 통해 더 많이 보존되는 행동 중 하나입니다."라고 말했습니다. 리비아 헤케 모라이스, 새로운 연구에 참여하지 않은 California Institute of Technology의 연구 생물학자.
실제로 Washbourne과 Eisen은 이전에 생쥐에서 거의 동일한 사회적 뉴런을 확인했습니다. "물고기와 생쥐 사이에서 동일한 세포 유형을 찾을 수 있다면 인간에서도 동일한 세포 유형을 찾을 수 있을 것입니다."라고 Washbourne은 말했습니다.
개요
그러나 Morais는 제브라 피쉬나 생쥐가 인간이나 서로에게 완벽한 유사점이 아니라고 경고했습니다. 물고기와 생쥐의 신경 경로는 약간 다르다고 그녀는 말했다. 그리고 이들 유기체 각각은 서로 다른 화학 신호를 방출할 수 있는 장내 미생물의 고유한 세트를 가지고 있습니다.
그럼에도 불구하고 이 원칙은 다양한 유기체 그룹에 광범위하게 적용될 수 있습니다. 다른 미생물 화학 물질이 얼룩말 물고기, 생쥐, 인간 및 기타 동물의 뇌에 있는 미세아교세포의 풍부성에 여전히 영향을 미칠 수 있다고 Eisen은 말했습니다. 그러나 그녀는 서로 다른 종을 명확하게 융합하는 것이 위험하다는 데 동의합니다. 모델 유기체는 "사람과 완전히 동일하지 않습니다"라고 그녀는 말했습니다.
마이크로바이옴의 다양성
미래에 Eisen, Washbourne 및 그들의 팀은 얼룩말 물고기의 장내 미생물이 뇌에 신호를 보내는 방법을 정확히 찾아내고자 합니다. 그들은 또한 장에 대한 조기 개입이 두뇌 발달을 정상 궤도에 올릴 수 있는지 여부를 확인하기 위해 신경 발달에 대한 민감 기간이 얼마나 걸리는지 확인하기를 원합니다. 결국, 그들은 이 연구가 사람들에게 어떻게 신경 발달 장애가 발생하는지에 대한 더 깊은 이해를 제공하기를 희망합니다.
"문제는 그 가설이 인간에게 시험될 필요가 있다는 것입니다."라고 Margolis는 말했습니다. 인간 유아의 장 개입을 테스트하기 위한 임상 시험을 설계하는 물류는 어려울 것입니다. 왜냐하면 자폐 스펙트럼 장애와 같은 상태는 일반적으로 7세 이후까지 진단되지 않기 때문입니다.
Microbiome은 또한 같은 종의 개체 간에도 크게 다릅니다. 대부분의 측면에서 거의 동일해 보이는 두 사람이 70% 이상 다른 장내 미생물 군집을 가질 수 있습니다. 단순히 사람의 마이크로바이옴을 보는 것은 신경 발달 장애에 대한 유용한 진단 도구가 아닙니다. "자폐증 마이크로바이옴은 없습니다."라고 Margolis는 말했습니다.
Washbourne의 경우, 이 민감한 발달 기간이 인간에게 존재한다면 개입이 거의 불가능할 수 있습니다. "나는 우리가 마법의 탄환에 더 가까워지고 있다고 생각하지 않는다"고 그는 말했다. 그러나 내장이 뇌에 미치는 영향을 작은 방식으로 특성화할 수 있는 것만으로도 매우 복잡한 인간의 미스터리를 푸는 데 도움이 됩니다. 지금은 그것으로 충분하다고 그는 말했다.
