Πώς τα μικροβιώματα επηρεάζουν τον φόβο
Ο εγκέφαλός μας μπορεί να φαίνεται σωματικά μακριά από τα έντερά μας, αλλά τα τελευταία χρόνια, η έρευνα έχει δείξει έντονα ότι οι τεράστιες κοινότητες μικροβίων που συγκεντρώνονται στο πεπτικό μας σύστημα ανοίγουν γραμμές επικοινωνίας μεταξύ των δύο. Το εντερικό μικροβίωμα έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζει τη γνώση και το συναίσθημα, επηρεάζοντας τις διαθέσεις και την κατάσταση των ψυχιατρικών διαταραχών, ακόμη και την επεξεργασία πληροφοριών. Αλλά το πώς θα μπορούσε να το κάνει ήταν άπιαστο.
Μέχρι πρόσφατα, οι μελέτες της σχέσης εντέρου-εγκεφάλου έδειχναν ως επί το πλείστον μόνο συσχετίσεις μεταξύ της κατάστασης του μικροβιώματος και των λειτουργιών στον εγκέφαλο. Αλλά τα νέα ευρήματα σκάβουν βαθύτερα, βασίζονται σε έρευνα που καταδεικνύει τη συμμετοχή του μικροβιώματος στις αντιδράσεις στο στρες. Εστιάζοντας στον φόβο, και συγκεκριμένα στο πώς ο φόβος εξασθενεί με την πάροδο του χρόνου, οι ερευνητές έχουν τώρα παρακολουθήσει πώς διαφέρει η συμπεριφορά σε ποντίκια με μειωμένα μικροβιώματα. Εντόπισαν διαφορές στην κυτταρική καλωδίωση, τη δραστηριότητα του εγκεφάλου και την έκφραση γονιδίων και εντόπισαν ένα σύντομο παράθυρο μετά τη γέννηση όταν η αποκατάσταση του μικροβιώματος θα μπορούσε να αποτρέψει τα ελλείμματα της συμπεριφοράς των ενηλίκων. Παρακολούθησαν ακόμη και τέσσερις συγκεκριμένες ενώσεις που μπορεί να βοηθήσουν να ληφθούν υπόψη αυτές οι αλλαγές. Αν και μπορεί να είναι πολύ νωρίς για να προβλέψουμε ποιες θεραπείες θα μπορούσαν να προκύψουν μόλις κατανοήσουμε αυτή τη σχέση μεταξύ του μικροβιώματος και του εγκεφάλου, αυτές οι συγκεκριμένες διαφορές τεκμηριώνουν τη θεωρία ότι τα δύο συστήματα είναι βαθιά συνδεδεμένα.
Ο εντοπισμός αυτών των μηχανισμών αλληλεπίδρασης με τον εγκέφαλο είναι μια κεντρική πρόκληση στην έρευνα του μικροβιώματος, δήλωσε ο Christopher Lowry, αναπληρωτής καθηγητής ολοκληρωμένης φυσιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, Boulder. «Έχουν κάποιους δελεαστικούς πελάτες», πρόσθεσε.
Η Coco Chu, επικεφαλής συγγραφέας της νέας μελέτης και μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο Weill Cornell Medicine, ενθουσιάστηκε από την ιδέα ότι τα μικρόβια που κατοικούν στο σώμα μας θα μπορούσαν να επηρεάσουν τόσο τα συναισθήματά μας όσο και τις πράξεις μας. Πριν από αρκετά χρόνια, ξεκίνησε να εξετάσει αυτές τις αλληλεπιδράσεις με λεπτομέρεια με τη βοήθεια ψυχιάτρων, μικροβιολόγων, ανοσολόγων και επιστημόνων από άλλους τομείς.
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν κλασική εκπαίδευση συμπεριφοράς σε ποντίκια, σε μερικά από τα οποία είχαν χορηγηθεί αντιβιοτικά για να μειώσουν δραματικά τα μικροβιώματά τους και μερικά από τα οποία είχαν αναπτυχθεί μεμονωμένα, ώστε να μην έχουν καθόλου μικροβίωμα. Όλα τα ποντίκια έμαθαν εξίσου καλά να φοβούνται τον ήχο ενός τόνου που ακολουθήθηκε από ηλεκτροπληξία. Όταν οι επιστήμονες διέκοψαν τα σοκ, τα συνηθισμένα ποντίκια έμαθαν σταδιακά να μην φοβούνται τον ήχο. Αλλά στα ποντίκια με εξαντλημένα ή ανύπαρκτα μικροβιώματα, ο φόβος παρέμεινε - παρέμειναν πιο πιθανό να παγώσουν στον ήχο του τόνου από ότι τα ποντίκια που δεν είχαν λάβει θεραπεία.
Κοιτάζοντας μέσα στον έσω προμετωπιαίο φλοιό, μια περιοχή του εξωτερικού εγκεφάλου που επεξεργάζεται τις αντιδράσεις φόβου, οι ερευνητές παρατήρησαν ευδιάκριτες διαφορές στα ποντίκια με φτωχά μικροβιώματα:Ορισμένα γονίδια εκφράστηκαν λιγότερο. Ένας τύπος γλοιακών κυττάρων δεν αναπτύχθηκε ποτέ σωστά. Οι ακανθώδεις προεξοχές στους νευρώνες που σχετίζονται με τη μάθηση αυξήθηκαν λιγότερο άφθονα και εξαλείφονταν πιο συχνά. Ένας τύπος κυττάρου παρουσίασε χαμηλότερα επίπεδα νευρικής δραστηριότητας. Είναι σαν τα ποντίκια χωρίς υγιή μικροβιώματα να μην μπορούσαν να μάθουν να είναι απτόητα και οι ερευνητές μπορούσαν να το δουν σε κυτταρικό επίπεδο.
Οι ερευνητές θέλησαν επίσης να μάθουν πώς η κατάσταση του μικροβιώματος στο έντερο προκάλεσε αυτές τις αλλαγές. Μια πιθανότητα ήταν ότι τα μικρόβια στέλνουν σήματα στον εγκέφαλο μέσω του μακριού πνευμονογαστρικού νεύρου, το οποίο μεταφέρει αισθήσεις από την πεπτική οδό στο εγκεφαλικό στέλεχος. Αλλά το κόψιμο του βαγού δεν άλλαξε τη συμπεριφορά των ποντικών. Φαινόταν επίσης πιθανό τα μικροβιώματα να προκαλούν αποκρίσεις στο ανοσοποιητικό σύστημα που επηρεάζουν τον εγκέφαλο, αλλά οι αριθμοί και οι αναλογίες των ανοσοκυττάρων σε όλα τα ποντίκια ήταν παρόμοια.
Ωστόσο, οι ερευνητές εντόπισαν τέσσερις μεταβολικές ενώσεις με νευρολογικές επιδράσεις που ήταν πολύ λιγότερο συχνές στον ορό του αίματος, το εγκεφαλονωτιαίο υγρό και τα κόπρανα των ποντικών με εξασθενημένα μικροβιώματα. Ορισμένες από τις ενώσεις είχαν ήδη συνδεθεί με νευρολογικές διαταραχές στον άνθρωπο. Η ομάδα υπέθεσε ότι το μικροβίωμα μπορεί να παράγει ορισμένες ουσίες σε αφθονία, με ορισμένα μόρια να εισχωρούν στον εγκέφαλο, σύμφωνα με τον μικροβιολόγο David Artis, διευθυντή του Ινστιτούτου Jill Roberts για Έρευνα στη Φλεγμονώδη Νόσο του Εντέρου στο Weill Cornell Medicine και τον πρεσβύτερο συγγραφέας στη μελέτη.
Σε πολλά εργαστήρια, υπάρχει αυξανόμενο ενδιαφέρον για την παρακολούθηση συγκεκριμένων βακτηριακών ουσιών που εμπλέκονται στη σηματοδότηση του νευρικού συστήματος, δήλωσε η Melanie Gareau, αναπληρώτρια καθηγήτρια ανατομίας, φυσιολογίας και κυτταρικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis. Πολλοί μεταβολίτες και μονοπάτια πιθανώς εμπλέκονται σε τέτοιες διαδικασίες.
Έρευνα για άλλες διαταραχές όπως η κατάθλιψη έχει επίσης επισημάνει τη συμμετοχή συγκεκριμένων ενώσεων που δημιουργούνται από μικρόβια, αλλά δεν υπάρχει ακόμη συναίνεση σχετικά με το ποιες συμβάλλουν σε οποιαδήποτε κατάσταση, δήλωσε ο Emeran Mayer, καθηγητής ιατρικής και διευθυντής του G. Oppenheimer Center for Neurobiology Στρες και Ανθεκτικότητα στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Λος Άντζελες. Και παρόλο που το εντερικό μικροβίωμα είναι σαφώς αλλαγμένο σε πολλούς ανθρώπους με εγκεφαλικές παθήσεις, είναι συχνά ασαφές εάν αυτή η αλλαγή είναι αιτία ή αποτέλεσμα, είπε. Οι διαφορές στο μικροβίωμα μπορεί να προκαλέσουν νευρολογικά προβλήματα, αλλά οι συνθήκες θα μπορούσαν επίσης να αλλάξουν το μικροβίωμα.
Υπάρχει διαφωνία εντός του πεδίου όχι μόνο για τις συνέπειες των νοσούντων μικροβιωμάτων, αλλά και για τα υγιή. «Για πολύ καιρό, εστιαζόμασταν σε αυτήν την ιδέα ότι θα μπορούσαμε να εντοπίσουμε συγκεκριμένους τύπους βακτηρίων που παρέχουν είτε κίνδυνο είτε ανθεκτικότητα σε διαταραχές που σχετίζονται με το στρες και μπορεί να μην χρειάζεται να είναι ένα συγκεκριμένο μικρόβιο. », είπε ο Lowry. Ακόμη και σε υγιείς ανθρώπους, τα μικροβιώματα ποικίλλουν ευρέως. Συγκεκριμένα μικρόβια μπορεί να μην έχουν σημασία εάν ένα μικροβίωμα έχει αρκετή ποικιλομορφία — όπως ακριβώς υπάρχουν πολλά είδη ακμάζων δασών και ένας μεμονωμένος τύπος δέντρου μπορεί να μην είναι απαραίτητος.
Ωστόσο, η μελέτη των μικροβιακών επιδράσεων στο νευρικό σύστημα είναι ένα νέο πεδίο, και υπάρχει ακόμη και αβεβαιότητα σχετικά με το ποιες είναι οι επιπτώσεις. Προηγούμενα πειράματα κατέληξαν σε ασυνεπή ή αντιφατικά συμπεράσματα σχετικά με το εάν οι αλλαγές στο μικροβίωμα βοήθησαν τα ζώα να ξεμάθουν τις αντιδράσεις του φόβου. Αυτό που δίνει επιπλέον βάρος στα ευρήματα της Chu και των συναδέλφων της είναι ότι μπορούν να υποδείξουν στοιχεία για έναν συγκεκριμένο μηχανισμό που προκαλεί τη συμπεριφορά που παρατήρησαν. Μελέτες σε ζώα όπως αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιμες για την εδραίωση μιας σαφούς σύνδεσης μεταξύ του νευρικού συστήματος και του μικροβιώματος, ακόμα κι αν δεν υποδεικνύουν θεραπείες για τον άνθρωπο, δήλωσε η Kirsten Tillisch, καθηγήτρια ιατρικής στο David Geffen School of Medicine στο UCLA. . "Ο τρόπος με τον οποίο οι άνθρωποι επεξεργάζονται το συναίσθημα, τη σωματική αίσθηση και τη γνώση στον εγκέφαλο είναι τόσο διαφορετικός από ό,τι στα ζώα που είναι πολύ δύσκολο να μεταφραστεί", είπε.
Θεωρητικά, η παρουσία ορισμένων μικροβιακών ουσιών μπορεί να βοηθήσει στην πρόβλεψη του ποιος είναι πιο ευάλωτος σε διαταραχές όπως η διαταραχή μετατραυματικού στρες. Πειράματα όπως αυτά θα μπορούσαν ακόμη και να εντοπίσουν μονοπάτια επικοινωνίας μεταξύ του εγκεφάλου και του μικροβιώματος που θα μπορούσαν να στοχευθούν από θεραπείες. «Αυτή είναι πάντα η μεγάλη ελπίδα από αυτά τα πειράματα με ποντίκια, ότι πλησιάζουμε σε παρεμβάσεις», είπε ο Mayer, και οι μελέτες συχνά παράγουν εντυπωσιακά αποτελέσματα μέσω αυστηρών μεθόδων. Αλλά οι λειτουργίες του ανθρώπινου εγκεφάλου δεν αντανακλώνται πλήρως στα ποντίκια. Επιπλέον, οι αλληλεπιδράσεις του εγκεφάλου και του μικροβιώματος του εντέρου διαφέρουν στους ανθρώπους και τα ποντίκια και οι διαφορές που οφείλονται στη διατροφή μεταξύ των αντίστοιχων μικροβιωμάτων τους ενισχύουν τη διαφορά.
Για τους ανθρώπους, οι παρεμβάσεις που στοχεύουν το μικροβίωμα μπορεί να είναι πιο αποτελεσματικές στη βρεφική και παιδική ηλικία, όταν το μικροβίωμα εξακολουθεί να αναπτύσσεται και ο πρώιμος προγραμματισμός λαμβάνει χώρα στον εγκέφαλο, είπε ο Mayer. Σε αυτή τη νέα έρευνα, οι επιστήμονες είδαν ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα στη βρεφική ηλικία, όταν τα ποντίκια χρειάζονταν ένα τυπικό μικροβίωμα για να σβήσουν τον φόβο κανονικά όταν μεγάλωναν. Τα ποντίκια που απομονώθηκαν πλήρως από μικρόβια για τις πρώτες τρεις εβδομάδες τους αναμίχθηκαν στη συνέχεια με ποντίκια που είχαν τυπικά μικροβιώματα. Τα ποντίκια χωρίς μικρόβια πήραν τα μικρόβια των άλλων ποντικών και ανέπτυξαν πλούσια μικροβιώματα, αλλά όταν μεγάλωσαν και πέρασαν από τα ίδια πειράματα ξεμάθησης, εξακολουθούσαν να παρουσιάζουν ελλείμματα. Σε ηλικία μόλις λίγων εβδομάδων, ήταν ακόμα πολύ μεγάλοι για να μάθουν να σβήνουν τον φόβο τους κανονικά.
Αλλά όταν αποκαταστάθηκαν τα μικροβιώματα σε νεογέννητα ποντίκια, τα οποία απέκτησαν πλούσια μικροβιώματα αφού τοποθετήθηκαν σε ανάδοχους γονείς, τα βρέφη ποντίκια μεγάλωσαν για να συμπεριφέρονται κανονικά. Τις πρώτες εβδομάδες μετά τη γέννηση, το μικροβίωμα φαινόταν να είναι κρίσιμο - μια εικόνα που ταιριάζει ομαλά στη μεγαλύτερη ιδέα ότι τα κυκλώματα που διέπουν την ευαισθησία στον φόβο είναι εντυπωσιακά κατά την πρώιμη ζωή, είπε ο Tillisch.
Το είδος της απομάθησης του φόβου που δοκίμασαν οι ερευνητές είναι μια θεμελιώδης δεξιότητα με μια εξελικτική έννοια, είπε ο Artis. Η γνώση του τι αξίζει τον φόβο και η προσαρμογή όταν δεν αποτελεί πλέον απειλή μπορεί να είναι ζωτικής σημασίας για την επιβίωση. Η αδυναμία εξάλειψης του φόβου είναι επίσης παρούσα στο PTSD και συνδέεται με άλλες διαταραχές του εγκεφάλου, επομένως η εμβάθυνση της επιστημονικής γνώσης γύρω από τους μηχανισμούς που επηρεάζουν αυτό το κύκλωμα θα μπορούσε να φωτίσει τις βασικές ανθρώπινες συμπεριφορές και να ανοίξει το δρόμο για πιθανές θεραπείες.
Σε μια εξελικτική κλίμακα, τα ανθρώπινα μικροβιώματα έχουν αλλάξει καθώς περισσότεροι άνθρωποι έρχονται να ζουν σε πόλεις και οι διαταραχές του εγκεφάλου γίνονται όλο και πιο εμφανείς. Τα σμήνη μικροβίων που κατοικούν στον καθένα μας έχουν εξελιχθεί με το είδος μας και είναι ζωτικής σημασίας να κατανοήσουμε πώς επηρεάζουν τόσο τη σωματική όσο και την ψυχική υγεία, είπε ο Lowry. Το περιβάλλον μας μπορεί να επηρεάσει τα νευρικά μας συστήματα μέσω του μικροβιώματος, προσθέτοντας νέα επίπεδα πολυπλοκότητας στη μελέτη της υγείας και των ασθενειών στον εγκέφαλο.
