Giriş
Yakın tarihli iki makale, beyin gelişiminin kritik bir erken döneminde, bağırsak mikrobiyomunun - içinde büyüyen bakteri çeşitlerinin - yaşamın sonraki dönemlerinde sosyal beceriler için önemli olan bir beyin sistemini şekillendirmeye yardımcı olduğunu göstermiştir. Bilim adamları bu etkiyi balıklarda buldular, ancak moleküler ve nörolojik kanıtlar makul bir şekilde bunun bir formunun insanlar dahil memelilerde de meydana gelebileceğini gösteriyor.
In Kağıt Kasım ayı başlarında yayınlanan PLOS Biyoloji, araştırmacılar, bağırsak mikrobiyomundan yoksun büyüyen zebra balıklarının, kolonize kolonları olan akranlarına göre çok daha az sosyal olduklarını ve beyin yapılarının farkı yansıttığını bulmuşlardır. İçinde ilgili bir makale in BMC Genomik Eylül sonunda, bağırsak bakterilerinden etkilenen nöronların moleküler özelliklerini tanımladılar. Bu nöronların eşdeğerleri kemirgenlerde görülür ve bilim adamları artık onları insanlar da dahil olmak üzere diğer türlerde arayabilirler.
Son yıllarda bilim adamları, bağırsak ve beynin güçlü karşılıklı etkileri olduğunu anlamaya başladılar. Örneğin, belirli bağırsak ülseri türleri, Parkinson hastalığı olan kişilerde kötüleşen semptomlarla ilişkilendirilmiştir. Klinisyenler, DEHB ve otizm spektrum bozukluğu gibi nörogelişimsel bozuklukları olan kişilerde gastrointestinal bozuklukların daha yaygın olduğunu uzun zamandır biliyorlar.
"Beyin sadece bağırsakları etkilemekle kalmaz, aynı zamanda bağırsaklar da beyni derinden etkileyebilir" dedi. Kara MargolisNew York Üniversitesi Langone Health'de yeni araştırmaya dahil olmayan bir pediatrik gastroenterolog olan Dr. Bununla birlikte, anatomik olarak ayrı olan bu organların etkilerini nasıl ortaya koydukları çok daha az açıktır.
Philip WashbourneOregon Üniversitesi'nde moleküler biyolog olan ve yeni çalışmaların başlıca ortak yazarlarından biri olan , yirmi yılı aşkın bir süredir otizmde ve sosyal davranışların gelişiminde rol oynayan genleri inceliyor. Ancak o ve laboratuvarı, sosyal davranış sergileyen, ancak üremeleri farelerden daha hızlı ve daha kolay olan yeni bir model organizma arıyorlardı. “Bunu balıkta yapabilir miyiz?” düşündüğünü hatırlıyor ve sonra: "Bu konuda gerçekten niceliksel olalım ve balıkların ne kadar dost canlısı olduğunu ölçebilecek miyiz görelim."
Mikropsuz Balık
Genetik araştırmalarında da yaygın olarak kullanılan zebra balıkları hızlı çoğalır ve doğal olarak sosyaldir. İki haftalık olduktan sonra dört ila 12 balıktan oluşan sürülerde takılmaya başlarlar. Ayrıca yetişkinliğe kadar şeffaftırlar, bu da araştırmacıların onları incelemek zorunda kalmadan içsel gelişimlerini gözlemlemelerine olanak tanır - fareler gibi memeli modellerinde neredeyse imkansız olan bir başarı.
Ekip, bağırsak mikrobiyomundan yoksun olarak yetiştirilen "mikropsuz" zebra balıklarından alınan embriyolarla deneyler yapmaya başladı. Minik balık yumurtadan çıktıktan sonra, araştırmacılar bazılarını hemen sağlıklı bir bağırsak bakteri karışımı ile aşıladılar. Ancak kalan balıkları aşılamadan önce tam bir hafta beklediler ve onları gelişimlerine boş bir sayfa ile başlamaya zorladılar.
Doğumda aşılanmış olan balıklar, yaklaşık 15 günlükken programa göre sürülenmeye başladı. Ama mikropsuz balıkların başlama zamanı geldiğinde, "şaşırtıcı bir şekilde, bunu yapmadılar" dedi. Judith Eisen, Oregon Üniversitesi'nde bir sinirbilimci ve yeni araştırmanın ortak yazarı. Balıklara geriye dönük olarak bağırsak mikropları verilmiş olsa da, akranlarıyla aynı sosyal gelişim kilometre taşlarına ulaşmıyorlardı.
Eisen, Washbourne ve ekibi balıkların beyinlerini incelediklerinde bariz yapısal farklılıklar keşfettiler. Yaşamlarının ilk haftasını mikrobiyom olmadan geçiren balıklarda, sosyal davranışı etkileyen belirli bir ön beyin nöronları kümesi daha fazla karşılıklı bağlantı gösterdi. Kümede ayrıca beyindeki kalıntıları temizlemekten sorumlu nöral bağışıklık hücreleri olan mikroglia önemli ölçüde daha azdı. Eisen, "Bunlar sinir sistemindeki büyük, büyük değişiklikler" dedi. "Bana göre bu çok büyük."
Ekip, sağlıklı bir bağırsak mikrobiyomunun bir şekilde mikroglia'nın zebra balığı beyinlerinde gelişmesini sağladığını varsaydı. Daha sonra, belirli kritik gelişim dönemlerinde, mikroglia, nöronlar üzerinde çılgınca dallanan "kolları" budayarak bakım işçileri gibi davranır. Onları kırpacak mikroglia olmadan, mikropsuz balıkların sosyal nöronları birbirine dolandı ve bakılmamış bir çalı gibi büyüdü.
Bağırsak mikroplarının bu etkileri üretmek için balıkların gelişen beyinlerine nasıl sinyal gönderdiği açık değildir. Bakteriler şaşırtıcı bir dizi kimyasal salıyor ve yeterince küçük herhangi bir bileşik teorik olarak kan-beyin bariyerini geçebilir. Ancak bağırsak ve beyin arasında hareket eden bağışıklık hücrelerinin yanlarında sinyal molekülleri taşıması veya bazı sinyallerin bağırsaktan vagus siniri boyunca yukarı doğru hareket etmesi de mümkündür.
Birçok Sosyal Tür
Benzer mekanizmalar, insanlar da dahil olmak üzere diğer omurgalıların sosyal gelişiminde rol oynuyor olabilir. Sosyal gruplama, hayvanlar aleminde ortak bir hayatta kalma stratejisidir. “Evrim boyunca daha fazla korunan davranışlardan biri” dedi. Livia Hecke Morais, California Teknoloji Enstitüsü'nde yeni çalışmalara dahil olmayan bir araştırma biyoloğu.
Aslında, Washbourne ve Eisen daha önce farelerde neredeyse aynı sosyal nöronları tanımlamıştı. Washbourne, “Bir balık ve bir fare arasında aynı hücre tiplerini bulabilirseniz, muhtemelen insanlarda da aynı hücre tiplerini bulabilirsiniz” dedi.
Giriş
Ancak Morais, ne zebra balıklarının ne de farelerin insanlar için veya birbirleri için mükemmel analoglar olmadığı konusunda uyardı. Sinir yolları balıklarda ve farelerde biraz farklı, dedi. Ve bu organizmaların her biri, farklı kimyasal sinyaller salabilen ayrı bir bağırsak mikrop grubuna sahiptir.
Bununla birlikte, ilke, çeşitli organizma grupları için geniş ölçüde doğru olabilir. Eisen, farklı mikrobiyal kimyasalların zebra balığı, fareler, insanlar ve diğer hayvanların beyinlerindeki mikroglial bolluğu etkilemesinin mümkün olduğunu söyledi. Ancak, farklı türleri açık bir şekilde birleştirmenin tehlikeli olduğu konusunda hemfikir. Model organizmalar "insanlarla tam olarak aynı değildir" dedi.
Çok Sayıda Mikrobiyom
Gelecekte, Eisen, Washbourne ve ekipleri, zebra balığının bağırsak mikroplarının beynine nasıl sinyal gönderdiğini tam olarak belirlemek istiyor. Ayrıca, bağırsaklara erken müdahalenin beyin gelişimini tekrar rayına oturtup getiremeyeceğini görmek için nörogelişim için hassas dönemin ne kadar uzun olduğunu belirlemek istiyorlar. Sonunda, bu araştırmanın insanlarda nörogelişimsel bozuklukların nasıl ortaya çıktığına dair daha derin bir anlayış sağlayacağını umuyorlar - bu zor olabilir.
Margolis, "Sorun şu ki, hipotezin insanlarda test edilmesi gerekiyor" dedi, "ancak bunu yapmak çok zor." İnsan bebeklerde bağırsak müdahalelerini test etmek için bir klinik deney tasarlamanın lojistiği zor olurdu çünkü otizm spektrum bozukluğu gibi durumlar genellikle 7 yaşına kadar veya kritik pencere kapandıktan çok sonra teşhis edilmez.
Mikrobiyomlar, aynı türün bireyleri arasında bile önemli ölçüde farklılık gösterir. Çoğu açıdan neredeyse aynı görünen iki kişi, %70'ten fazla farklılık gösteren bağırsak mikrobiyal topluluklarına sahip olabilir. Sadece bir kişinin mikrobiyomuna bakmak, nörogelişimsel bozukluklar için yararlı bir teşhis aracı değildir. Margolis, "Tek bir otizm mikrobiyomu yok" dedi.
Washbourne için, eğer insanlarda bu hassas gelişim dönemi varsa, müdahaleyi neredeyse imkansız hale getirebilir. "Sihirli bir kurşuna yaklaştığımızı sanmıyorum," dedi. Ancak bağırsağın beyin üzerindeki etkisini küçük bir şekilde karakterize edebilmek bile, son derece karmaşık bir insan gizemini çözmeye yardımcı olur. Şimdilik bu kadar yeter dedi.
