Predstavitev
Dva nedavna dokumenta sta pokazala, da v kritičnem zgodnjem obdobju razvoja možganov črevesni mikrobiom – izbor bakterij, ki rastejo v njem – pomaga oblikovati možganski sistem, ki je pomemben za socialne veščine pozneje v življenju. Znanstveniki so ta vpliv odkrili pri ribah, vendar molekularni in nevrološki dokazi verjetno kažejo, da bi se neka oblika lahko pojavila tudi pri sesalcih, vključno z ljudmi.
In papir objavljeno v začetku novembra v PLOS Biologija, raziskovalci so ugotovili, da so bile ribe zebre, ki so odraščale brez črevesnega mikrobioma, veliko manj družabne od svojih vrstnikov s koloniziranim črevesjem, struktura njihovih možganov pa je odražala to razliko. notri povezan članek in BMC genomika konec septembra, opisali so molekularne značilnosti nevronov, ki jih prizadenejo črevesne bakterije. Ekvivalenti teh nevronov se pojavljajo pri glodalcih in znanstveniki jih zdaj lahko iščejo pri drugih vrstah, vključno z ljudmi.
V zadnjih desetletjih so znanstveniki ugotovili, da imajo črevesje in možgani močan medsebojni vpliv. Določene vrste črevesnih razjed so na primer povezane s poslabšanjem simptomov pri ljudeh s Parkinsonovo boleznijo. Kliniki že dolgo vedo, da so gastrointestinalne motnje pogostejše pri ljudeh, ki imajo tudi nevrorazvojne motnje, kot sta ADHD in motnja avtističnega spektra.
"Ne samo, da možgani vplivajo na črevesje, ampak lahko črevesje tudi močno vpliva na možgane," je dejal Kara Margolis, pediatrični gastroenterolog na univerzi Langone Health v New Yorku, ki ni bil vključen v novo raziskavo. Vendar pa je veliko manj jasno, kako ti anatomsko ločeni organi izvajajo svoje učinke.
Philip Washbourne, molekularni biolog na Univerzi v Oregonu in eden glavnih soavtorjev novih študij, že več kot dve desetletji preučuje gene, vpletene v avtizem in razvoj socialnega vedenja. Toda on in njegov laboratorij sta iskala nov model organizma, takšnega, ki bi kazal socialno vedenje, vendar bi ga bilo hitreje in lažje razmnoževati kot njihove priljubljene miši. "Ali lahko to naredimo v ribah?" spominja se razmišljanja in nato: "Poglejmo res kvantitativno in poglejmo, ali lahko izmerimo, kako prijazne so ribe."
Ribe brez klic
Ribe zebre, ki se pogosto uporabljajo tudi v genetskih raziskavah, se hitro razmnožujejo in so po naravi družabne. Ko dopolnijo dva tedna, se začnejo družiti v jatah po štiri do 12 rib. Prav tako so prozorni do odraslosti, kar raziskovalcem omogoča opazovanje njihovega notranjega razvoja, ne da bi jih bilo treba secirati - podvig, ki je skoraj nemogoč pri modelih sesalcev, kot so miši.
Ekipa je začela eksperimentirati z zarodki iz linije rib zebra brez mikrobov, vzrejenih brez črevesnega mikrobioma. Ko so se drobne ribice izlegle, so raziskovalci nekatere izmed njih takoj cepili z zdravo mešanico črevesnih bakterij. Toda čakali so cel teden, preden so cepili preostale ribe in jih prisilili, da začnejo svoj razvoj s praznim listom.
Ribe, ki so bile cepljene ob rojstvu, so se začele kopati točno po načrtu, stare približno 15 dni. Toda ko je prišel čas za začetek rib brez mikrobov, "šokantno, tega niso storili," je dejal Judith Eisen, nevroznanstvenik na Univerzi v Oregonu in soavtor nove raziskave. Čeprav so ribe retroaktivno prejele črevesne mikrobe, niso dosegle enakih mejnikov družbenega razvoja kot njihovi vrstniki.
Ko so Eisen, Washbourne in njihova ekipa pregledali možgane rib, so odkrili očitne strukturne razlike. Pri ribah, ki so svoj prvi teden življenja preživele brez mikrobioma, je določena skupina predmožganskih nevronov, ki vplivajo na družbeno vedenje, pokazala več medsebojnih povezav. Grozd je imel tudi znatno manj mikroglije, nevronskih imunskih celic, odgovornih za čiščenje detritusa v možganih. "To so velike, velike spremembe v živčnem sistemu," je dejal Eisen. "Zame je to ogromno."
Ekipa je domnevala, da zdrav črevesni mikrobiom nekako omogoča, da mikroglija uspeva v možganih rib zebre. Nato v določenih kritičnih razvojnih obdobjih mikroglija deluje kot vzdrževalec, ki obreže divje razvejane »roke« na nevronih. Brez mikroglije, ki bi jih obrezala nazaj, so se socialni nevroni rib brez mikrobov zapletli in zarasli kot neoskrbovana borovnica.
Kako črevesni mikrobi pošiljajo signale razvijajočim se možganom rib, da povzročijo te učinke, ni jasno. Bakterije sproščajo osupljivo vrsto kemikalij in vsaka dovolj majhna spojina bi teoretično lahko prešla krvno-možgansko pregrado. Možno pa je tudi, da imunske celice, ki se gibljejo med črevesjem in možgani, nosijo signalne molekule s seboj ali da določeni signali potujejo navzgor iz črevesja vzdolž vagusnega živca.
Veliko družabnih vrst
Podobni mehanizmi so morda v igri pri družbenem razvoju drugih vretenčarjev, vključno z ljudmi. Socialno združevanje je običajna strategija preživetja v živalskem kraljestvu. "To je eno od vedenj, ki se je skozi evolucijo bolj ohranilo," je dejal Livia Hecke Morais, raziskovalni biolog na Kalifornijskem inštitutu za tehnologijo, ki ni bil vključen v nove študije.
Pravzaprav sta Washbourne in Eisen prej identificirala skoraj enake socialne nevrone pri miših. "Če lahko najdete enake tipe celic med ribami in mišmi, lahko verjetno najdete iste tipe celic pri ljudeh," je dejal Washbourne.
Predstavitev
Morais pa je opozoril, da niti ribe zebre niti miši niso popolni analogi za ljudi - ali drug za drugega. Nevronske poti so pri ribah in miših nekoliko drugačne, je dejala. In vsak od teh organizmov ima poseben niz črevesnih mikrobov, ki lahko sproščajo različne kemične signale.
Kljub temu bi lahko načelo na splošno veljalo za različne skupine organizmov. Možno je, da bi lahko različne mikrobne kemikalije še vedno vplivale na številčnost mikroglij v možganih rib zebra, miši, ljudi in drugih živali, je dejal Eisen. Vendar se strinja, da je nevarno nedvoumno mešati različne vrste. Modelni organizmi "niso popolnoma enaki ljudem," je dejala.
Množica mikrobiomov
V prihodnosti želijo Eisen, Washbourne in njihove ekipe natančno določiti, kako črevesni mikrobi ribe zebre pošiljajo signale v njene možgane. Prav tako želijo ugotoviti, kako dolgo je občutljivo obdobje za nevrorazvoj, da bi videli, ali lahko zgodnje posredovanje v črevesju vrne razvoj možganov na pravo pot. Sčasoma upajo, da bo ta raziskava zagotovila globlje razumevanje tega, kako nastanejo nevrorazvojne motnje pri ljudeh - čeprav se to lahko izkaže za težavno.
"Težava je v tem, da je treba hipotezo preizkusiti pri ljudeh," je dejal Margolis, "vendar je to zelo zahtevno." Logistika načrtovanja kliničnega preskušanja za preizkušanje posegov v črevesje pri človeških dojenčkih bi bila težka, ker se stanja, kot je motnja avtističnega spektra, običajno ne diagnosticirajo do starosti 7 let ali pozneje, verjetno še dolgo po tem, ko se kritično okno zapre.
Mikrobiomi se prav tako močno razlikujejo tudi med posamezniki iste vrste. Dva človeka, ki se v večini vidikov zdita skoraj enaka, imata lahko črevesne mikrobne skupnosti, ki se razlikujejo za več kot 70 %. Preprosto opazovanje človekovega mikrobioma ni uporabno diagnostično orodje za nevrorazvojne motnje. "Ni enega mikrobioma avtizma," je dejal Margolis.
Za Washbourna, če to občutljivo razvojno obdobje obstaja pri ljudeh, bi to lahko skoraj onemogočilo poseg. "Mislim, da se ne približujemo čarobni krogli," je dejal. Toda že to, da lahko na nek majhen način označimo učinek črevesja na možgane, pomaga razvozlati zelo zapleteno človeško skrivnost. Za zdaj je rekel, da je dovolj.
