دو مقاله اخیر نشان داده‌اند که در طول یک دوره بحرانی اولیه رشد مغز، میکروبیوم روده - مجموعه‌ای از باکتری‌هایی که در آن رشد می‌کنند - به شکل‌گیری یک سیستم مغزی کمک می‌کند که برای مهارت‌های اجتماعی بعدی در زندگی مهم است. دانشمندان این تأثیر را در ماهی ها یافتند، اما شواهد مولکولی و عصبی به طور قابل قبولی نشان می دهد که نوعی از آن می تواند در پستانداران از جمله انسان نیز رخ دهد.

In یک کاغذ منتشر شده در اوایل نوامبر در زیست شناسی PLOS، محققان دریافتند که ماهی های گورخری که بدون میکروبیوم روده بزرگ شده اند نسبت به همسالان خود با کولون کلونیزه شده اجتماعی کمتری دارند و ساختار مغز آنها منعکس کننده این تفاوت است. که در یک مقاله مرتبط in BMC Genomics در اواخر سپتامبر, آنها ویژگی های مولکولی نورون های تحت تأثیر باکتری روده را توصیف کردند. معادل‌هایی از این نورون‌ها در جوندگان ظاهر می‌شوند و دانشمندان اکنون می‌توانند آنها را در گونه‌های دیگر از جمله انسان جستجو کنند.

در دهه‌های اخیر، دانشمندان دریافته‌اند که روده و مغز تأثیرات متقابل قدرتمندی دارند. به عنوان مثال، انواع خاصی از زخم های روده با بدتر شدن علائم در افراد مبتلا به بیماری پارکینسون مرتبط است. و پزشکان مدت‌هاست می‌دانند که اختلالات گوارشی در افرادی که دارای اختلالات عصبی رشدی نیز هستند، مانند ADHD و اختلال طیف اوتیسم، شایع‌تر است.

نه تنها مغز بر روده تأثیر می گذارد، بلکه روده نیز می تواند بر مغز تأثیر بگذارد. کارا مارگولیس، یک متخصص گوارش کودکان در Langone Health دانشگاه نیویورک که در تحقیقات جدید شرکت نداشت. با این حال، چگونگی اعمال این اندام‌های مجزا از نظر تشریحی، به مراتب کمتر روشن است.

فیلیپ واشبورنبیولوژیست مولکولی در دانشگاه اورگان و یکی از نویسندگان اصلی مطالعات جدید، بیش از دو دهه است که ژن‌های دخیل در اوتیسم و ​​ایجاد رفتارهای اجتماعی را مطالعه می‌کند. اما او و آزمایشگاهش به دنبال یک ارگانیسم مدل جدید بودند، ارگانیسمی که رفتار اجتماعی را نشان می‌دهد اما نسبت به موش‌های مورد علاقه‌شان سریع‌تر و آسان‌تر پرورش می‌یابد. "آیا می توانیم این کار را در ماهی انجام دهیم؟" او فکر کردن را به یاد می آورد و سپس: "بیایید کمی در مورد آن صحبت کنیم و ببینیم آیا می توانیم میزان دوستی ماهی ها را اندازه گیری کنیم."

ماهی بدون میکروب

ماهی گورخر که در تحقیقات ژنتیکی نیز بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، به سرعت تکثیر می شود و به طور طبیعی اجتماعی است. بعد از اینکه دو هفته‌شان می‌شود، در دسته‌هایی از چهار تا دوازده ماهی شروع می‌کنند. آنها همچنین تا بزرگسالی شفاف هستند، که به محققان اجازه می دهد تا رشد درونی آنها را بدون نیاز به تشریح آنها مشاهده کنند - شاهکاری که در مدل های پستانداران، مانند موش، غیرممکن است.

این تیم شروع به آزمایش روی جنین از یک سری از ماهی های گورخری "بدون میکروب" کردند که فاقد میکروبیوم روده بودند. پس از بیرون آمدن ماهی های کوچک، محققان بلافاصله برخی از آنها را با ترکیب سالمی از باکتری های روده تلقیح کردند. اما آنها یک هفته کامل صبر کردند تا ماهی های باقیمانده را تلقیح کنند و آنها را مجبور کردند تا رشد خود را با یک لوح خالی آغاز کنند.

ماهی‌هایی که در بدو تولد تلقیح شده بودند، طبق برنامه، تقریباً در سن 15 روزگی شروع به پاشیدن کردند. اما زمانی که زمان شروع ماهی های بدون میکروب فرا رسید، گفت: "به طرز تکان دهنده ای، آنها این کار را انجام ندادند." جودیت آیزن، یک عصب شناس در دانشگاه اورگان و یکی از نویسندگان تحقیق جدید. حتی با وجود اینکه این ماهی ها به صورت عطف به ماسبق با میکروب های روده مصرف شده بودند، اما آنها به نقاط عطف توسعه اجتماعی مانند همسالان خود نرسیدند.

وقتی آیزن، واشبورن و تیمشان مغز ماهی ها را بررسی کردند، تفاوت های ساختاری آشکاری را کشف کردند. در ماهی‌هایی که هفته اول زندگی خود را بدون میکروبیوم گذراندند، خوشه خاصی از نورون‌های پیش‌مغز که بر رفتار اجتماعی تأثیر می‌گذارند، ارتباطات متقابل بیشتری نشان دادند. این خوشه همچنین دارای میکروگلیاهای کمتری بود، سلول‌های ایمنی عصبی که مسئول پاکسازی ریزه‌های مغز هستند. آیزن گفت: "اینها تغییرات بزرگ و عمده ای در سیستم عصبی هستند." "برای من، این بسیار بزرگ است."

این تیم فرضیه‌ای را مطرح کردند که میکروبیوم سالم روده به نوعی میکروگلیا را قادر می‌سازد تا در مغز ماهی گورخر رشد کند. سپس، در طول دوره‌های حیاتی رشد، میکروگلیاها مانند کارگران تعمیر و نگهداری عمل می‌کنند و «بازوهای» انشعاب شدید روی نورون‌ها را هرس می‌کنند. بدون میکروگلیا که آنها را از بین ببرد، نورون‌های اجتماعی ماهی‌های عاری از میکروب در هم پیچیده شدند و مانند یک خرچنگ بی‌نظم رشد کردند.

اینکه چگونه میکروب های روده سیگنال هایی را برای ایجاد این اثرات به مغز در حال رشد ماهی ها ارسال می کنند، مشخص نیست. باکتری ها مجموعه ای شگفت انگیز از مواد شیمیایی آزاد می کنند و هر ترکیب به اندازه کافی کوچک می تواند از نظر تئوری از سد خونی مغزی عبور کند. اما ممکن است سلول‌های ایمنی در حال حرکت بین روده و مغز، مولکول‌های سیگنال را با خود حمل کنند، یا سیگنال‌های خاصی از روده در امتداد عصب واگ به بالا منتقل شوند.

بسیاری از گونه های اجتماعی

مکانیسم‌های مشابهی ممکن است در رشد اجتماعی سایر مهره‌داران، از جمله انسان، نقش داشته باشد. گروه بندی اجتماعی یک استراتژی بقای رایج در سراسر قلمرو حیوانات است. گفت: "این یکی از رفتارهایی است که در طول تکامل حفظ شده است." لیویا هکه مورایس، یک زیست شناس محقق در موسسه فناوری کالیفرنیا که در مطالعات جدید شرکت نداشت.

در واقع، واشبورن و آیزن قبلاً نورون های اجتماعی تقریباً یکسانی را در موش ها شناسایی کرده بودند. واشبورن می‌گوید: «اگر بتوانید انواع سلول‌های مشابهی را بین ماهی و موش بیابید، احتمالاً می‌توانید انواع سلول‌های مشابهی را در انسان نیز پیدا کنید.

مورایس هشدار داد، با این حال، نه ماهی گورخری و نه موش شبیه انسان‌ها و یا برای یکدیگر نیستند. او گفت که مسیرهای عصبی در ماهی ها و موش ها کمی متفاوت است. و هر یک از این موجودات دارای مجموعه ای متمایز از میکروب های روده هستند که ممکن است سیگنال های شیمیایی متفاوتی را آزاد کنند.

با این وجود، این اصل می تواند به طور کلی برای گروه های مختلف موجودات صادق باشد. آیزن گفت، ممکن است که مواد شیمیایی میکروبی مختلف همچنان بر فراوانی میکروگلیال در مغز ماهی گورخر، موش، انسان و سایر حیوانات تأثیر بگذارد. اما او موافق است که مخلوط کردن بی چون و چرای گونه های مختلف خطرناک است. او گفت که ارگانیسم‌های مدل «دقیقاً مشابه مردم نیستند».

چندگانه میکروبیوم ها

در آینده، آیزن، واشبورن و تیم‌هایشان می‌خواهند دقیقاً نحوه ارسال سیگنال‌های میکروب‌های روده ماهی گورخر را به مغز آن مشخص کنند. آنها همچنین می‌خواهند مدت زمان حساس رشد عصبی را مشخص کنند تا ببینند آیا مداخله زودهنگام در روده می‌تواند رشد مغز را به مسیر خود بازگرداند یا خیر. در نهایت، آنها امیدوارند که این تحقیق درک عمیق تری از چگونگی ایجاد اختلالات عصبی-توسعه ای در افراد ارائه دهد - اگرچه این ممکن است دشوار باشد.

مارگولیس گفت: مسئله این است که این فرضیه باید در انسان آزمایش شود، اما انجام این کار بسیار چالش برانگیز است. تدارکات طراحی یک کارآزمایی بالینی برای آزمایش مداخلات روده در نوزادان انسان دشوار خواهد بود زیرا شرایطی مانند اختلال طیف اوتیسم معمولاً تا سن 7 سالگی یا بعد از آن تشخیص داده نمی‌شوند، احتمالاً مدت‌ها پس از بسته شدن پنجره بحرانی.

میکروبیوم ها حتی بین افراد یک گونه نیز به طور قابل توجهی متفاوت هستند. دو نفر که از بسیاری جهات تقریباً یکسان به نظر می رسند، می توانند دارای جوامع میکروبی روده باشند که بیش از 70٪ با هم تفاوت دارند. صرفاً نگاه کردن به میکروبیوم یک فرد ابزار تشخیصی مفیدی برای اختلالات عصبی رشدی نیست. مارگولیس گفت: «هیچ میکروبیوم اوتیسم وجود ندارد.

برای Washbourne، اگر این دوره حساس رشد در انسان وجود داشته باشد، می تواند مداخله را تقریبا غیرممکن کند. او گفت: «من فکر نمی‌کنم که به یک گلوله جادویی نزدیک‌تر شویم. اما حتی توانایی توصیف تأثیر روده بر مغز به روشی کوچک به کشف یک معمای عمیقاً پیچیده انسانی کمک می کند. گفت فعلا بس است.