Εδώ και πολλές δεκαετίες η επιστήμη αναζητά τους μηχανισμούς που επέτρεψαν στον άνθρωπο να αναπτύξει έναν τόσο ενεργοβόρο και πολύπλοκο εγκέφαλο σε σχέση με το μέγεθος του σώματός του. Ενώ η γενετική είχε τον πρώτο λόγο, μια νέα έρευνα έρχεται να προσθέσει έναν απρόσμενο πρωταγωνιστή στην εξίσωση: τα βακτήρια του εντέρου μας.
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Northwestern των ΗΠΑ παρείχαν τις πρώτες πειραματικές αποδείξεις ότι το μικροβίωμα δεν ρυθμίζει απλώς την πέψη, αλλά λειτούργησε ως αρχιτέκτονας της εγκεφαλικής λειτουργίας κατά τη διάρκεια της εξέλιξης των πρωτευόντων θηλαστικών. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), υποδεικνύουν ότι η «συγκατοίκηση» με συγκεκριμένα μικρόβια ίσως ήταν το καύσιμο που πυροδότησε την ανάπτυξη της ανθρώπινης νοημοσύνης.
Το πείραμα που «μεταμόρφωσε» τον εγκέφαλο
Η ομάδα, με επικεφαλής την αναπληρώτρια καθηγήτρια Βιολογικής Ανθρωπολογίας Katie Amato, σχεδίασε ένα εξαιρετικά ελεγχόμενο πείραμα για να εξετάσει αν τα μικρόβια από μόνα τους μπορούν να αλλάξουν τη νευροβιολογία ενός ξενιστή. Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ποντίκια τα οποία είχαν ανατραφεί σε αποστειρωμένο περιβάλλον και δεν διέθεταν δικό τους μικροβίωμα. Στη συνέχεια, πραγματοποίησαν μεταμόσχευση μικροβίων από τρία είδη πρωτευόντων:
- Ανθρώπους (είδος με μεγάλο εγκέφαλο),
- Πιθήκους σκίουρους (επίσης με μεγάλο εγκέφαλο αναλογικά με το σώμα τους),
- Μακάκους (είδος με μικρότερο εγκέφαλο).
Τα αποτελέσματα μετά από οκτώ εβδομάδες ήταν εντυπωσιακά. Τα ποντίκια που έλαβαν μικρόβια από τα είδη με τους μεγάλους εγκεφάλους (ανθρώπους και πιθήκους σκίουρους) εμφάνισαν εντελώς διαφορετική εγκεφαλική δραστηριότητα σε σύγκριση με εκείνα που έλαβαν μικρόβια από τους μακάκους.
Ενέργεια και πλαστικότητα: Το βιολογικό κόστος της σκέψης
Το κεντρικό ζήτημα στην εξέλιξη του εγκεφάλου είναι η ενέργεια. Ο εγκέφαλος είναι ένας «ακριβός» ιστός που απαιτεί τεράστια ποσά γλυκόζης και θρεπτικών συστατικών για να αναπτυχθεί και να λειτουργήσει. Η έρευνα της Amato έδειξε ότι τα μικρόβια των «εξυπνότερων» πρωτευόντων λειτουργούν ως μικροσκοπικά εργοστάσια παραγωγής ενέργειας.
Συγκεκριμένα, στους εγκεφάλους των ποντικών που αποικίστηκαν με ανθρώπινα μικρόβια, καταγράφηκε αυξημένη έκφραση γονιδίων που σχετίζονται με τον μεταβολισμό και την παραγωγή ενέργειας. Παράλληλα, ενισχύθηκαν τα μονοπάτια της συναπτικής πλαστικότητας — της διαδικασίας δηλαδή που επιτρέπει στους νευρώνες να δημιουργούν νέες συνδέσεις, θεμελιώνοντας τη μάθηση και τη μνήμη.
Όπως χαρακτηριστικά δήλωσε η Δρ. Amato:
Προς έκπληξή μας, πολλά από τα μοτίβα που είδαμε στην έκφραση των γονιδίων του εγκεφάλου των ποντικών ήταν τα ίδια με αυτά που βλέπουμε στα ίδια τα πρωτεύοντα. Με άλλα λόγια, καταφέραμε να κάνουμε τους εγκεφάλους των ποντικών να “μοιάζουν” βιολογικά με τους εγκεφάλους των πρωτευόντων από τους οποίους προήλθαν τα μικρόβια.
Η σκοτεινή πλευρά: Μικρόβια και ψυχικές διαταραχές
Ίσως το πιο ανησυχητικό, αλλά και ελπιδοφόρο από κλινικής άποψης, εύρημα της μελέτης αφορά τη σύνδεση του μικροβιώματος με νευροαναπτυξιακές διαταραχές. Τα ποντίκια που έλαβαν μικρόβια από τους μακάκους (το είδος με τον μικρότερο εγκέφαλο και τις λιγότερο σύνθετες νοητικές λειτουργίες) παρουσίασαν γονιδιακά μοτίβα που στον άνθρωπο συνδέονται άμεσα με καταστάσεις όπως:
- Διαταραχή Ελλειμματικής Προσοχής και Υπερκινητικότητας (ΔΕΠΥ),
- Σχιζοφρένια,
- Διπολική διαταραχή,
- Αυτισμός.
Μέχρι σήμερα, οι επιστήμονες γνώριζαν ότι υπάρχει συσχέτιση μεταξύ της σύνθεσης του μικροβιώματος και του αυτισμού. Η παρούσα έρευνα, ωστόσο, προσφέρει ενδείξεις αιτιώδους συνάφειας. Υποδεικνύει ότι η έκθεση του αναπτυσσόμενου εγκεφάλου σε «λάθος» μικροβιακά σήματα κατά την κρίσιμη παιδική ηλικία μπορεί να εκτροχιάσει τη φυσιολογική νευροανάπτυξη.
«Αν ο εγκέφαλος δεν εκτεθεί στα σωστά ανθρώπινα μικρόβια στην αρχή της ζωής, θα λειτουργήσει διαφορετικά», εξήγησε η Amato, ανοίγοντας τον δρόμο για μια νέα θεώρηση των ψυχικών νόσων ως συστημικών διαταραχών που ξεκινούν από το έντερο.
Μια νέα θεώρηση για το «είμαι άνθρωπος»
Η μελέτη αυτή δεν αλλάζει μόνο τον τρόπο που βλέπουμε την ιατρική, αλλά και την ίδια την ανθρωπολογία. Η εξέλιξη του είδους μας δεν ήταν μια μοναχική πορεία των ανθρώπινων κυττάρων, αλλά μια συμβιωτική διαδικασία. Τα βακτήρια που φιλοξενούμε φαίνεται πως μας έδωσαν το ενεργειακό πλεονέκτημα για να «χτίσουμε» τον πολιτισμό μας.
Τα ευρήματα αυτά αναμένεται να πυροδοτήσουν έναν νέο κύκλο ερευνών, εστιάζοντας στο πώς η διατροφή, τα αντιβιοτικά και το περιβάλλον επηρεάζουν αυτή την ευαίσθητη μικροβιακή ισορροπία. Αν μπορούμε να «κουρδίσουμε» τον εγκέφαλο μέσω του εντέρου, τότε οι θεραπείες του μέλλοντος για μαθησιακές δυσκολίες ή ψυχιατρικές νόσους ενδέχεται να μην στοχεύουν πλέον μόνο τους νευρώνες, αλλά και τους μικροσκοπικούς συγκάτοικους μας.
