Новое исследование показывает, что изменения в микробиоме кишечника могут непосредственно влиять на работу мозга, демонстрируя связь между микробами и активностью мозга.
Из всех приматов человек обладает самым крупным размером мозга относительно размера тела, но всё же учёные до сих пор удивительно мало знают о том, как эволюционировали млекопитающие с большим мозгом, чтобы соответствовать невероятным энергетическим запросам, необходимым для их роста и содержания.
Наконец, исследователи из Северо-западного университета предоставили первое прямое экспериментальное свидетельство тому, что микробиом кишечника помогает сформировать различия в функционировании мозга у разных видов приматов.
«Наше исследование показывает, что микробы воздействуют на характеристики, имеющие отношение к нашему пониманию эволюции, а в частности — к эволюции человеческого мозга», — говорит Кэти Амато, адъюнкт-профессор биологической антропологии и научный руководитель исследования.
Развивая предыдущие исследования микробиома
Новые результаты вытекают из предыдущей работы лаборатории Амато, которая показала, что микробы кишечника от приматов с большим размером мозга при переносе к мышам вырабатывают больше метаболической энергии. Эта дополнительная энергия крайне необходима, поскольку мозгу для развития и функционирования требуется огромное количество топлива.
В данном исследовании учёные сделали следующий шаг, исследовав сам мозг. Они хотели узнать, могут ли микробы кишечника от приматов с различными относительными размерами мозга фактически изменять функционирование мозгов мышей.
Пересадка микробов приматов мышам
Чтобы проверить это, учёные провели строго контролируемый лабораторный эксперимент. Они ввели микробов кишечника от двух видов приматов с большим мозгом (человека и беличьей обезьяны) и одного вида с небольшим мозгом (макаки) мышам, у которых собственные микробы отсутствовали.
Спустя восемь недель исследователи наблюдали очевидные различия в активности мозга. Мыши, получавшие микробов от приматов с небольшим мозгом, показывали модель функционирования мозга, отличавшуюся от мышей, получавших микробов от приматов с большим мозгом.
Изменения в генах мозга и путей обучения
У мышей с микробами от приматов с большим мозгом учёные обнаружили повышенную активность генов, связанных с выработкой энергии и пластичностью синапсов, позволяющей мозгу обучаться и адаптироваться. Те же самые пути были намного менее активны у мышей, получавших микробов от приматов меньшего размера.
«Самым интересным было то, что мы смогли сравнить данные о мозге мышей-носителей с данными о мозге макак и человека, и, к нашему удивлению, многие из закономерностей, которые мы наблюдали в генной экспрессии мозга у мышей, были такими же, что и у приматов, — говорит Амато. — Иными словами, мы смогли сделать так, что мозг мышей стал похож на мозг приматов, от которых были получены микробы».
Связь с неврологическими заболеваниями
Исследователи также получили ещё один неожиданный результат. Мыши, получавшие микробов от приматов с меньшим размером мозга, демонстрировали картину генной экспрессии, ассоциируемую с СДВГ, шизофренией, биполярным расстройством и аутизмом.
В предыдущих исследованиях была обнаружена связь между такими состояниями, как аутизм и разница в составе кишечного микробиома. Однако, непосредственные доказательства того, что микробы кишечника влияют на эти состояния, были ограничены.
«Это исследование даёт дополнительные сведения о том, что микробы могут непреднамеренно способствовать развитию этих расстройств, в частности, микробиом кишечника формирует функцию мозга в процессе его развития, — говорит Амато. — Основываясь на полученных нами данных, мы можем предположить, что, если мозг человека подвержен влиянию «неправильных» микробов, он будет развиваться иным образом, и мы увидим симптомы этих заболеваний, т.е., если вы не контактируете с «правильными» микробами на ранней стадии жизни, ваш мозг будет работать по-другому, и это может привести к симптомам таких состояний».
Значение для развития и эволюции мозга
Амато считает, что эти данные могут иметь важное клиническое значение, особенно для понимания происхождения определённых психологических расстройств и оценки развития мозга сквозь эволюционную призму.
«Интересно подумать о развитии мозга у различных видов и особей и проверить, сможем ли мы найти в контексте различных групп и видов разницу в закономерностях и определить правила, по которым микробы взаимодействуют с мозгом, а также можно ли экстраполировать эти правила на эволюцию мозга».
Исследование под названием «Кишечная микробиота приматов индуцирует существенные эволюционные изменения в развитии нервной системы мышей» было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.
Перевод — Андрей Прокипчук, «XX2 ВЕК». Источники.
Материалы предоставлены Северо-Западным университетом (Northwestern University).
Вам также может быть интересно: