Получены первые доказательства роли кишечных микробов в эволюции человеческого мозга
Изменения в кишечном микробиоме способны влиять на работу мозга, доказали американские ученые.
У человека самый большой относительный размер мозга среди всех приматов, но до сих пор немногое известно о том, как эволюционировали млекопитающие с более крупным мозгом, чтобы удовлетворять высокие энергетические потребности, необходимые для развития и поддержания его работы.
В Северо-Западном университете в Чикаго получили первые эмпирические данные, демонстрирующие прямую роль кишечного микробиома в формировании различий в функционировании мозга у разных видов приматов. Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
«Наша работа показывает, что микробы воздействуют на признаки, важные для понимания эволюции, и в особенности — эволюции человеческого мозга», — говорит биологический антрополог Кэти Амато, руководившая исследованием.
Оно стало логичным продолжением предыдущих исследований лаборатории Амато, показавших, что микробы приматов с более крупным мозгом, введенные подопытным мышам, повышают выработку метаболической энергии в их микробиоме. Это необходимое условие для развития крупного мозга, требующего больших энергозатрат.
Контролируемый эксперимент
В контролируемом лабораторном эксперименте исследователи ввели мышам кишечные микробы от двух приматов с крупным мозгом (человека и беличьей обезьяны) и одного с относительно небольшим мозгом (макаки).
В течение восьми недель после изменения микробиома у мышей ученые заметили, что мозг грызунов, получивших микробы от приматов с небольшим мозгом, действительно работал иначе, чем у тех, кто получил микробы от приматов с крупным мозгом.
У мышей с «крупномозговыми» микробами исследователи обнаружили повышенную активность генов, связанных с выработкой энергии и синаптической пластичностью — физическим процессом обучения в мозге. У мышей с микробами от приматов с меньшим мозгом эти процессы были выражены слабее.
«Особенно интересно, что мы смогли сравнить данные по мозгу мышей с данными по реальному мозгу макак и человека. К нашему удивлению, многие закономерности в экспрессии генов мозга у мышей совпали с паттернами у самих приматов, — заметила Амато. — Другими словами, мы сумели "заставить" мозг мышей работать подобно мозгу тех приматов, от которых получены микробы».
Еще одним неожиданным открытием стала выявленная у мышей с микробами от «мелкомозговых» приматов картина экспрессии генов, ассоциированных с синдромом дефицита внимания и гиперактивности, шизофренией, биполярным расстройством и аутизмом.
Хотя уже есть данные о корреляции между такими состояниями, как аутизм, и составом кишечного микробиома, до сих пор не хватало доказательств, что кишечные микробы способны вызывать эти расстройства.
«Исследование добавляет аргументов в пользу причинно-следственной связи микробов с развитием таких нарушений. В частности, кишечный микробиом влияет на формирование функций мозга в процессе его роста. Исходя из наших результатов, можно предположить, что если человеческий мозг подвергается воздействию "неправильных" микробов, его развитие изменится, и появятся симптомы этих расстройств. То есть если в раннем возрасте мы не получим "правильные" человеческие микробы, мозг будет работать иначе, что может привести к симптомам таких состояний», — объясняет Амато.
Что дальше
Исследовательница видит клинические перспективы в дальнейшем изучении происхождения некоторых психических расстройств и в применении эволюционного подхода к пониманию влияния микробов на физиологию мозга.
«Интересно рассматривать развитие мозга у видов и отдельных особей, изучать, можно ли выявить межвидовые закономерности, найти правила взаимодействия микробов с мозгом и обобщить их на индивидуальное развитие», — заключила она.
