Najważniejsze ustalenie: Nowe badania pokazują, że mikroflora jelitowa odegrała kluczową rolę w ewolucji większych mózgów naczelnych, w tym ludzi, wpływając na metabolizm mózgu i potencjalnie przyczyniając się do rozwoju zaburzeń neurorozwojowych.
Związek między bakteriami jelitowymi a rozmiarem mózgu
Od dziesięcioleci naukowców nęka tajemnica: dlaczego ludzie mają nieproporcjonalnie większe mózgi niż inne naczelne? Wymaga to ogromnych ilości energii, zwłaszcza glukozy, co skłoniło badaczy do zbadania, czy zmiany w mikroflorze jelitowej mogły wesprzeć ten skok ewolucyjny. Niedawne badanie opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences dostarcza przekonujących dowodów na to, że bakterie jelitowe mogą bezpośrednio wpływać na funkcjonowanie mózgu i ekspresję genów.
Do sprawdzenia tej hipotezy w badaniu wykorzystano drobnoustroje pozbawione własnej flory jelitowej. Naukowcy przeszczepili myszom bakterie jelitowe trzech gatunków naczelnych – ludzi, małp wiewiórek (duże mózgi) i makaków (małe mózgi). W ciągu kilku tygodni zauważalne stały się znaczące różnice w ekspresji genów w mózgu. Myszy skolonizowane drobnoustrojami jelitowymi człowieka lub wiewiórki małpiej wykazywały zwiększoną aktywność genów związanych z produkcją energii i plastycznością synaptyczną, czyli zdolnością mózgu do uczenia się. Natomiast myszy z drobnoustrojami jelitowymi makaków wykazywały niższą aktywność w tych samych procesach.
Symulacja myszy mózgów naczelnych
Najbardziej uderzającym odkryciem było to, że wzorce ekspresji genów w mózgu myszy ściśle odpowiadają wzorcom obserwowanym u rzeczywistych gatunków naczelnych. Według badaczki z Northwestern University, Katie Amato: „Udało nam się sprawić, że mózgi myszy wyglądają jak mózgi naczelnych, od których pochodzą drobnoustroje”. Wskazuje to na bezpośredni związek przyczynowo-skutkowy pomiędzy składem mikroflory jelitowej a rozwojem mózgu.
Nie chodzi tylko o wielkie mózgi. Naukowcy odkryli również, że myszy z drobnoustrojami jelitowymi naczelnych o mniejszych mózgach wykazywały wzorce ekspresji genów powiązane z zaburzeniami neurorozwojowymi, w tym ADHD, schizofrenią, chorobą afektywną dwubiegunową i autyzmem. Choć powiązania między zdrowiem jelit a tymi schorzeniami obserwowano już wcześniej, to badanie sugeruje, że mikroflora może przyczynowo przyczyniać się do ich rozwoju.
Implikacje dla zdrowia ludzkiego i ewolucji
Badania te mają ważne implikacje dla naszego zrozumienia ewolucji człowieka. Jeśli zapotrzebowanie energetyczne ludzkiego mózgu zostało przynajmniej częściowo zaspokojone poprzez adaptację mikroflory jelitowej, oznacza to, że pierwsi ludzie mogli polegać na określonych społecznościach drobnoustrojów w celu wspierania rozwoju poznawczego. Jeśli ludzki mózg nie zostanie wystawiony na działanie odpowiednich drobnoustrojów na wczesnym etapie życia, jego rozwój może zostać zmieniony, co potencjalnie zwiększa ryzyko zaburzeń neurorozwojowych.
„To badanie dostarcza dalszych dowodów na to, że drobnoustroje mogą przyczynowo przyczyniać się do tych zaburzeń — w szczególności mikroflora jelitowa kształtuje funkcjonowanie mózgu podczas rozwoju”. — Doktor Kathy Amato
Odkrycia podkreślają znaczenie zdrowej mikroflory jelitowej dla optymalnego funkcjonowania mózgu i potencjalną rolę wczesnej ekspozycji na drobnoustroje w kształtowaniu rozwoju neurologicznego. Aby w pełni zrozumieć złożony związek między drobnoustrojami jelitowymi, metabolizmem mózgu i stanami neurorozwojowymi, potrzebne są dalsze badania, ale badania te stanowią znaczący krok w kierunku odkrycia ewolucyjnych korzeni ludzkiej inteligencji.
Badanie opiera się na wcześniejszych ustaleniach, które wykazały, że drobnoustroje naczelnych o dużych mózgach wprowadzone do myszy-gospodarzy wytwarzały więcej energii metabolicznej w mikrobiomie gospodarza, co jest warunkiem wstępnym rozwoju i funkcjonowania dużych mózgów, co jest energetycznie kosztowne.
