Duży mózg zawdzięczamy mikrobiomowi jelit

Wiele gatunków naczelnych, w tym ludzie, posiada duży mózg w porównaniu do wielkości ciała. Mózgi te ewoluowały wraz z odpowiednimi adaptacjami metabolicznymi, zwiększającymi dopływ energii do mózgu, w tym ze zwiększonym poziomem glukozy we krwi. Wiadomo, że mikrobiom jelit wpływa na metabolizm gospodarza, jednak rola mikrobiomu w ewolucji mózgu naczelnych nie jest jasna. Naukowcy z kilku amerykańskich uczelni podjęli się zbadania wpływu mikroorganizmów zamieszkujących jelita naczelnych na ewolucję ich mózgów.

Uczeni przeprowadzili sprytny eksperyment na myszach. Pozbawionym mikroorganizmów zwierzętom wstrzyknięto mikrobiom jelitowy trzech gatunków naczelnych, które dobrano tak, by oddzielić encefalizację – ewolucyjny proces zwiększania rozmiaru mózgu – od pokrewieństwa filogenetycznego. Część myszy została więc zaszczepiona ludzkim mikrobiomem (duży mózg, małpy wąskonose), część mikrobiomem makaków (mały mózg, małpy wąskonose), a część mikrobiomem sajmiri (duży mózg, rodzaj Saimiri).

Autorzy badań wykazali najpierw, że różnica w ekspresji genów w mózgu myszy zaszczepionych ludzkim mikrobiomem, w porównaniu z myszami zaszczepionymi mikrobiomem makaków jest podobna do różnicy w ekspresji genów w mózgach ludzi i makaków. Następnie zaś wykazali, że pomimo większego dystansu ewolucyjnego, u myszy zaszczepionych mikrobiomem obu gatunków z dużym mózgiem (ludzie i sajmiri), występowało podobne zwiększenie ekspresji genów związanych z produkcją energii.

Dodatkowo ludzka mikrobiota zwiększyła ekspresję genów odpowiedzialnych za fosforylację oksydacyjną, a zmiany te były skorelowane ze zwiększoną liczbą szlaków metabolicznych mikrobioty powiązanych z metabolizmem glukozy i glukoneogenezą. Ludzki mikrobiom zmniejszał też ekspresję ewolucyjnie konserwowanych genów odpowiedzialnych za zaburzenia neurorozwojowe, jak autyzm.

Autorzy eksperymentu podkreślają, że ich praca powinna być traktowana jako badania wstępne, gdyż wzięto w niej pod uwagę niewielką liczbę gatunków naczelnych. Niemniej jednak sugerują one, że różnice w mikrobiomie jelit mogą mieć wpływ na metabolizm mózgu i wskazują, że mikrobiom ten mógł odegrać ważną rolę w encefalizacji u naczelnych.

mózg mikrobiom jelit człowiek naczelne