Ο εγκέφαλός μας ο πολύπλοκος, ο μοναδικός, ο μέγας. Ενα όργανο «ορχήστρα» ολόκληρου του οργανισμού, ένας τέλειος ηλεκτροχημικός υπολογιστής με ασύλληπτες ικανότητες. Ποιος θα φανταζόταν ότι ο ευφυής, πολυδιάστατος ανθρώπινος εγκέφαλος οφείλει τις απίστευτες ιδιότητές του σε μεγάλο βαθμό στο… έντερο και στα βακτήρια που το αποικίζουν;
Και όμως, αυτό δείχνει μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε πρόσφατα στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό «Proceedings of the National Academy of Sciences» (PNAS) και η οποία βασίστηκε σε πειράματα που σε εμάς τους μη ειδικούς μοιάζουν βγαλμένα από ταινία επιστημονικής φαντασίας. Πειράματα στα οποία βακτήρια του εντέρου πρωτευόντων ειδών εισήχθησαν σε ποντίκια και τότε ο εγκέφαλος των μικρών τρωκτικών άρχισε να αποκτά χαρακτηριστικά και λειτουργίες εκείνου των πολύ μεγαλύτερων πρωτευόντων ζώων!
Οχι, ο στόχος αυτών των πειραμάτων δεν ήταν… spooky, ήταν πολύ σημαντικότερος. Διότι ούτε λίγο ούτε πολύ τα πειράματα, που διεξήχθησαν από ερευνητές του Πανεπιστημίου Νορθγουέστερν στο Ιλινόι των ΗΠΑ, ουσιαστικώς έδειξαν για πρώτη φορά ότι τα εντερικά βακτήρια κατείχαν έναν κρυφό ως σήμερα αλλά καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση του ανθρώπινου εγκεφάλου και πιθανότατα συνεχίζουν να τον διαδραματίζουν έχοντας επίδραση σε διαταραχές όπως οι νευροαναπτυξιακές και οι ψυχικές. Κοινώς οι αλλαγές στο εντερικό μικροβίωμα έχουν άμεση επίδραση στη λειτουργία του εγκεφάλου!
Ο άνθρωπος διαθέτει τον μεγαλύτερο εγκέφαλο σε σχέση με το μέγεθος του σώματός του από κάθε άλλο πρωτεύον είδος. Ωστόσο οι επιστήμονες γνωρίζουν λίγα πράγματα σχετικά με το πώς τα θηλαστικά με μεγάλο εγκέφαλο εξελίχθηκαν ώστε να μπορούν να ανταποκρίνονται στις τεράστιες ενεργειακές ανάγκες που απαιτούνται για την ανάπτυξη και τη συντήρηση του εγκεφάλου τους.
Ζωτικό ερώτημα
Τώρα οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Νορθγουέστερν με επικεφαλής την αναπληρώτρια καθηγήτρια Βιολογικής Ανθρωπολογίας Κέιτι Αμάτο μάς προσέφεραν τις πρώτες πειραματικές αποδείξεις σχετικά με το ότι το εντερικό μικροβίωμα παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση των εγκεφαλικών λειτουργιών. Οπως χαρακτηριστικά ανέφερε η δρ Αμάτο στο ΒΗΜΑ-Science «η μελέτη μας δείχνει πως το μικροβίωμα του εντέρου επιδρά σε χαρακτηριστικά που σχετίζονται με την ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου».
Τα νέα αναπάντεχα ευρήματα αποτελούν το επιστέγασμα προηγούμενης ερευνητικής δουλειάς του εργαστηρίου της καθηγήτριας Αμάτο, η οποία είχε δείξει ότι τα βακτήρια του εντέρου πρωτευόντων θηλαστικών με μεγαλύτερο εγκέφαλο παράγουν περισσότερη μεταβολική ενέργεια όταν εισάγονται σε ποντίκια. Αυτή η επιπλέον ενέργεια είναι ζωτικής σημασίας καθώς όσο μεγαλύτερος είναι ο εγκέφαλος τόσο μεγαλύτερες είναι και οι ανάγκες που έχει για «καύσιμα» προκειμένου να αναπτυχθεί και να λειτουργήσει.
Στην τελευταία μελέτη της η ερευνητική ομάδα πήγε ένα βήμα πιο πέρα εξετάζοντας σε βάθος τον ίδιο τον εγκέφαλο και τη λειτουργία του. Το ερώτημα που θέλησε να απαντήσει ήταν αν τα εντερικά βακτήρια πρωτευόντων ειδών με διαφορετικά μεγέθη εγκεφάλου θα μπορούσαν να αλλάξουν τη λειτουργία τού συγκριτικά πολύ μικρότερου εγκεφάλου ποντικιών.
Ευφυές πείραμα
Για να δοθεί η απάντηση διεξήχθη ένα αυστηρά ελεγχόμενο εργαστηριακό πείραμα. Οι ερευνητές εισήγαγαν βακτήρια του εντέρου από δύο πρωτεύοντα είδη με μεγάλο εγκέφαλο (άνθρωπος και σκιουροπίθηκος, ένα είδος πιθήκου του γένους Saimiri που απαντάται στην Κεντρική και τη Νότια Αμερική) καθώς και από ένα πρωτεύον είδος με μικρό εγκέφαλο (μακάκος πίθηκος) σε ποντίκια τα οποία δεν διέθεταν εντερικό μικροβίωμα.
Αυτό που είδαν οι ερευνητές οκτώ εβδομάδες αργότερα ήταν το λιγότερο εντυπωσιακό. Εμφανίστηκαν σαφείς διαφορές στην εγκεφαλική δραστηριότητα των ποντικιών και μάλιστα τα πειραματόζωα που έλαβαν βακτήρια από το πρωτεύον με τον μικρότερο εγκέφαλο παρουσίασαν διαφορετικά μοτίβα εγκεφαλικής λειτουργίας σε σύγκριση με εκείνα που έλαβαν βακτήρια από τα είδη με τον μεγαλύτερο εγκέφαλο. Συγκεκριμένα, όπως μας εξήγησε η δρ Αμάτο, «στα ποντίκια που έλαβαν βακτήρια από είδη με μεγάλο εγκέφαλο εντοπίσαμε υψηλότερη δραστηριότητα σε γονίδια που συνδέονται με την παραγωγή ενέργειας και με την πλαστικότητα των συνάψεων – πρόκειται για διαδικασίες που επιτρέπουν στον εγκέφαλο να μαθαίνει και να προσαρμόζεται σε νέες ανάγκες. Την ίδια στιγμή όμως τα μονοπάτια αυτά ήταν πολύ λιγότερο ενεργά στα ποντίκια που έλαβαν βακτήρια από το είδος με τον μικρότερο εγκέφαλο. Είχαμε παράλληλα τη δυνατότητα να συγκρίνουμε τα δεδομένα που συλλέξαμε από τους εγκεφάλους των ποντικιών με δεδομένα που προέρχονταν από τους εγκεφάλους των ίδιων των μακάκων και των ανθρώπων. Μείναμε άναυδοι όταν είδαμε ότι πολλά από τα μοτίβα της γονιδιακής δραστηριότητας του εγκεφάλου των ποντικιών ήταν ακριβώς ίδια με εκείνα του εγκεφάλου των πρωτευόντων. Με άλλα λόγια, καταφέραμε να κάνουμε τους εγκεφάλους των ποντικιών να λειτουργούν όπως οι εγκέφαλοι των πρωτευόντων ειδών χρησιμοποιώντας μόνο βακτήρια του εντέρου!».
Κομβική αλληλεπίδραση
Πώς όμως το μικροβίωμα του εντέρου διαμορφώνει τον εγκέφαλο; Μέσω ποιων οδών; ρωτήσαμε την ερευνήτρια. «Τρία είναι τα βασικά μονοπάτια που θεωρούμε ότι σχετίζονται με αυτή την επίδραση» απάντησε. «Το πρώτο είναι ένα άμεσο μονοπάτι που αφορά το εντερικό νευρικό σύστημα και το πνευμονογαστρικό νεύρο – το μακρύτερο κρανιακό νεύρο που συνδέει τον εγκέφαλο με τα περισσότερα εσωτερικά όργανα όπως η καρδιά, οι πνεύμονες αλλά και το έντερο. Το δεύτερο αφορά τις αλληλεπιδράσεις με το ανοσοποιητικό σύστημα και το τρίτο την παραγωγή νευροδιαβιβαστών και άλλων μορίων που φθάνουν από το έντερο στον εγκέφαλο μέσω της κυκλοφορίας του αίματος. Ολες αυτές οι διαδικασίες είναι δυναμικές – διαμορφώνουν τον εγκέφαλο κατά τη φάση της ανάπτυξής του αλλά συνεχίζονται και καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής επιδρώντας στη λειτουργία του».
Των λόγων της ερευνήτριας το αληθές αποδείχθηκε και από ένα άλλο (και πάλι αναπάντεχο) εύρημα της μελέτης. Οπως φάνηκε, ποντίκια που έλαβαν εντερικά μικρόβια από μακάκους οι οποίοι διαθέτουν μικρότερο εγκέφαλο εμφάνισαν μοτίβα γονιδιακής δραστηριότητας που συνδέονται με τη Διαταραχή Ελλειμματικής Προσοχής και Υπερκινητικότητας (ΔΕΠΥ), τη σχιζοφρένεια, τη διπολική διαταραχή και τον αυτισμό. «Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι τα εντερικά βακτήρια συμβάλλουν σε αυτές τις διαταραχές – το μικροβίωμα του εντέρου φαίνεται να διαμορφώνει την εγκεφαλική λειτουργία κατά την ανάπτυξη. Μπορούμε δηλαδή να υποθέσουμε ότι αν ο ανθρώπινος εγκέφαλος εκτεθεί στα ”λάθος” βακτήρια στην αρχή της ζωής, η πορεία της ανάπτυξής του αλλάζει και μπορεί να οδηγήσει σε εμφάνιση συμπτωμάτων που συνδέονται με νευροαναπτυξιακές διαταραχές». Δεν είναι μάλιστα τυχαίο ότι το εντερικό μικροβίωμα έχει συνδεθεί, μέσω επιστημονικών στοιχείων, και με την ψυχική υγεία. Η δρ Αμάτο επεσήμανε ότι «τα εντερικά βακτήρια πιστεύεται ότι επιδρούν σε ψυχικές διαταραχές όπως το άγχος και η κατάθλιψη μέσω οδών που αφορούν την παραγωγή των νευροδιαβιβαστών σεροτονίνης και ντοπαμίνης».
Μελλοντικές δυνατότητες
Τι θα σήμαιναν λοιπόν πρακτικά όλα αυτά; Οτι εισάγοντας τα κατάλληλα, τα «σωστά» βακτήρια στον ανθρώπινο οργανισμό θα μπορούσαμε να αλλάξουμε τον ρου διαφορετικών διαταραχών ή ακόμη και να προλάβουμε την εμφάνισή τους; «Πρέπει κατ’ αρχάς να υπογραμμίσουμε ότι τα ευρήματά μας βοηθούν κυρίως στην κατανόηση της ρίζας ορισμένων ψυχικών και νευροαναπτυξιακών διαταραχών καθώς μας επέτρεψαν να δούμε την ανάπτυξη του εγκεφάλου μέσα από έναν εξελικτικό ”φακό”. Τώρα, θεωρητικώς, θα ήταν ίσως δυνατόν να χορηγούμε κάποια ημέρα εντερικά βακτήρια για να αλλάξουμε κατά το δοκούν τη λειτουργία του εγκεφάλου, ωστόσο κάτι τέτοιο είναι πολύ μακρινό. Εκείνο που αποδεικνύει η έρευνά μας είναι ότι η έκθεση στους σωστούς τύπους εντερικών βακτηρίων κατά την ανάπτυξη είναι σημαντική για να έχει κάποιος καλή εγκεφαλική λειτουργία. Θα πρέπει μέσα από περαιτέρω έρευνες να εντοπίσουμε τους συγκεκριμένους αυτούς βακτηριακούς τύπους ώστε να διασφαλίζουμε στο μέλλον ότι τα βρέφη εκτίθενται στα κατάλληλα βακτήρια ώστε να προάγεται η καλή λειτουργία του αναπτυσσόμενου εγκεφάλου τους».
Ισως λοιπόν μια ημέρα να μπορούμε να αυξήσουμε και την ανθρώπινη ευφυΐα… μέσω του εντέρου; «Δεν έχουμε αυτή τη στιγμή στα χέρια μας στοιχεία που να δείχνουν ότι τα βακτήρια του εντέρου μπορούν να έχουν δυναμική επίδραση στην ευφυΐα. Αυτό που είδαμε είναι ότι παίζουν σημαντικό ρόλο στο πώς ο εγκέφαλος αναπτύσσεται και κατ’ επέκταση στο πώς λειτουργεί. Η συγκεκριμένη σύνδεση πιθανώς εμπλέκεται σε διαταραχές του εγκεφάλου αλλά δεν μεταφράζεται στο ότι υπάρχουν εντερικά βακτήρια που κάνουν κάποιον εξυπνότερο».
Η ερευνητική ομάδα πάντως επιθυμεί να γίνει… εξυπνότερη σε ό,τι αφορά τη σχέση μεταξύ εντερικού μικροβιώματος και εγκεφάλου και έτσι, διά στόματος της καθηγήτριας Αμάτο, σχεδιάζει τα επόμενα ερευνητικά βήματά της. «Στους επόμενους στόχους μας είναι να μελετήσουμε περισσότερα είδη πρωτευόντων προκειμένου να ανακαλύψουμε αν το μοτίβο που εντοπίσαμε σε αυτή τη μελέτη μας ισχύει και για άλλα πρωτεύοντα με μεγαλύτερους ή μικρότερους εγκεφάλους. Σκοπεύουμε να εξερευνήσουμε περαιτέρω και το είδος των βακτηριακών λειτουργιών που είναι οι υπεύθυνες για τα μοτίβα που εντοπίσαμε». Μέχρι πάντως η ενδιαφέρουσα αυτή έρευνα να ολοκληρωθεί, ας έχουμε στον… νου μας ότι η καλή λειτουργία του ξεκινά από την… κοιλιά μας και ας πράττουμε αναλόγως!
Είδη βακτηρίων με τη μεγαλύτερη επίδραση
Ρωτήσαμε την καθηγήτρια Αμάτο αν, στο πλαίσιο της έρευνάς της, η ίδια και οι συνεργάτες της εντόπισαν κάποια είδη εντερικών βακτηρίων που φάνηκε να έχουν μεγαλύτερη επίδραση στον εγκέφαλο σε σύγκριση με άλλα. Οπως αποκρίθηκε, «δεν εντοπίσαμε ένα σαφές μοτίβο που να αφορά συγκεκριμένα είδη βακτηρίων τα οποία επιδρούν περισσότερο στον εγκέφαλο. Φαίνεται ότι υπάρχουν πολλές και διαφορετικές μικροβιακές λειτουργίες που έχουν επίδραση στον εγκέφαλο – λειτουργίες που επιτελούνται από πολλούς τύπους εντερικών βακτηρίων. Για παράδειγμα, παρατηρήσαμε αυξημένα επίπεδα λιπαρών οξέων βραχείας αλύσου στα ποντίκια που έλαβαν βακτήρια από πρωτεύοντα με μεγάλο εγκέφαλο. Τα λιπαρά οξέα βραχείας αλύσου παράγονται από τα βακτήρια όταν διασπούν τις φυτικές ίνες και παίζουν σημαντικό ρόλο στην παραγωγή και στη χρήση ενέργειας από τον οργανισμό, στη λειτουργία του ανοσοποιητικού συστήματος αλλά και στην έκφραση διαφορετικών γονιδίων. Υπάρχει μια υπο-ομάδα βακτηρίων του εντέρου που παράγει αυτά τα λιπαρά οξέα και σε αυτή την ομάδα αναμένεται να επικεντρώσουμε τώρα την έρευνά μας».
