Hogyan járulhatnak hozzá a bélmikroorganizmusok az emberi agy kialakulásához?
Miért van az embernek olyan nagy és hatékony agya más főemlősökhöz képest? Egy új tanulmány szerint a válasz részben nem csak a génjeinkben rejlik, hanem a beleinkben élő milliárdnyi mikroorganizmusban is. A Northwestern Egyetem kutatói rájöttek, hogy a bélmikrobióma – az emésztőrendszerben élő baktériumok közössége – közvetlenül befolyásolhatja az agy fejlődését és működését.
A Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban közzétett eredményeik az eddigi legerősebb bizonyítékot szolgáltatják arra, hogy a mikrobák szerepet játszottak az emberi agy evolúciójában. Bár az emberi agy a testtömegnek csak kis részét teszi ki, működése hatalmas mennyiségű energiát fogyaszt. A tudósok régóta töprengenek azon, hogy a nagyobb agyú emlősök hogyan fejlesztették ki a módszereket, amelyekkel kielégíthetik ezt az intenzív energiaigényt. Az új tanulmány szerint a bélmikroorganizmusok segíthettek megoldani a problémát.
Ugyanennek a kutatócsoportnak egy korábbi kutatása kimutatta, hogy a nagy agyú főemlősök, például az emberek bélmikroorganizmusai különösen jók a metabolikus (anyagcsere-eredetű) energia termelésében. Amikor ezeket a mikroorganizmusokat egerekbe ültették át, azok fokozták az állatok bélrendszerében az energiatermelést.
Ezúttal a kutatók egy lépéssel tovább mentek, hogy megvizsgálják, vajon ezek a mikroorganizmusok megváltoztathatják-e az agy működését is. Ennek tesztelésére a csapat három különböző főemlősből származó bélmikroorganizmusokat ültetett át olyan egerekbe, amelyeknek ilyen saját mikroorganizmusaik nem voltak. A donor fajok közül kettő – az ember és a mókusmajom – viszonylag nagy aggyal rendelkezik. A harmadik faj, a makákó, kisebb aggyal rendelkezik. Az egereket nyolc héten át figyelték, miközben mikrobiómájuk kialakult.
Az eredmények megdöbbentőek voltak. Azok az egerek, amelyek nagy agyú főemlősöktől kaptak mikroorganizmusokat, fokozott aktivitást mutattak az energiafelhasználással és a szinaptikus plaszticitással kapcsolatos génekben, amely folyamat lehetővé teszi az agysejtek számára, hogy tanulás közben kapcsolatokat alakítsanak ki és erősítsenek. Ezzel szemben azok az egerek, amelyek kisebb agyú főemlősöktől kaptak mikroorganizmusokat, alacsonyabb aktivitást mutattak ugyanazon agyi folyamatokban.
Még meglepőbb volt, hogy az egerek agyi génaktivitása milyen szorosan illeszkedett az eredeti főemlősökéhez. Sok esetben az egerek génmintázata megközelítette az emberek vagy makákók agyában találhatót, attól függően, hogy milyen mikroorganizmusokat kaptak. Valójában a mikroorganizmusok miatt az egerek agya hasonlítani kezdett az eredeti fajéhoz.
A kutatók azt is észrevették, hogy a kisebb agyú főemlősöktől származó mikroorganizmusokkal rendelkező egerek génmintái olyan állapotokhoz kapcsolódtak, mint az autizmus, az ADHD, a skizofrénia és a bipoláris zavar. Ez nem jelenti azt, hogy a mikroorganizmusok közvetlenül okozzák ezeket az állapotokat, de alátámasztja azt az elképzelést, hogy a bélmikrobióma erőteljesen befolyásolhatja az agy fejlődését.
Összességében a eredmények arra utalnak, hogy a bélmikroorganizmusok hozzájárulhattak a nagyobb, összetettebb agy fejlődéséhez az evolúció során. Emellett fontos kérdéseket vetnek fel a mai emberek korai agyfejlődésével kapcsolatban. Ha a fejlődő agy bizonyos mikroorganizmusoknak való kitettségtől függ, akkor a mikrobióm korai életkorban bekövetkező zavarai potenciálisan befolyásolhatják az agy későbbi működését.
A tanulmány új perspektívát nyit arra, hogy az evolúció, a mikroorganizmusok és az agy biológiája hogyan lehet mélyen összekapcsolódva, és hogy ennek a kapcsolatnak a megértése hogyan javíthatja a mentális egészség kutatását és ellátását.