هشدار جدی درباره میکروب‌های روده/تاثیر متقابل مغز و روده‌ها بر یکدیگر

دو مقاله تازه نشان داده‌اند که در طول یک دوره بسیار مهم اولیه رشد مغز، میکروبیوم روده- مجموعه‌ای از باکتری‌ها که در روده رشد می‌کنند- به شکل‌گیری سیستمی در مغز کمک می‌کنند که بعدها برای آموختن مهارت‌های اجتماعی در زندگی مهم هستند. دانشمندان این تاثیر را در ماهی‌ها یافتند، اما شواهد مولکولی و عصبی به شکل قابل قبولی نشان می‌دهند که برخی از اشکال آن می‌تواند در پستانداران، از جمله انسان اتفاق بیافتد.

در مقاله‌ای که در اوایل نوامبر در PLOS Biology منتشر شد، محققان دریافته بودند که گورخر ماهی‌ها که فاقد این میکروبیوم در روده خود هستند، نسبت به ماهی‌های همنوع خود که تجمع این میکروب را در روده‌های خود دارند، بسیار کمتر اجتماعی هستند و ساختار مغز آنها این تفاوت را نشان می‌دهد. در یک مقاله‌ای دیگر در همین رابطه که در اواخر سپتامبر در BMC Genomics منتشر شد، آنها ویژگی‌های مولکولی نورون‌های تحت تاثیر باکتری‌های روده را توضیح دادند. مشابه همین نورون‌ها نیز در جوندگان یافت شده‌اند و اکنون دانشمندان می‌توانند آنها را در گونه‌های دیگر، نظیر انسان‌ها جستجو کنند.

در ده‌های اخیر دانشمندان دریافته‌اند که مغز و روده‌ها تاثیرات متقابل قدرتمندی بر یکدیگر دارند. مثلا برخی از انواع خاص زخم روده با بدتر شدن علائم در افراد مبتلا به بیماری پاکینسون مرتبط است. البته پزشکان مدتهاست می‌دانند که اختلالات گوارشی در افرادی که دارای اختلالات عصبی رشدی مانند ADHD(بیش فعالی) و اختلالات طیف اوتیسم هستند، شایع‌تر است.

کارا مارگولیس، یک متخصص گوارش کودکان در بخش سلامت دانشگاه لانگون نیویوریک، که در تحقیق اخیر شرکت نداشته است، می‌گوید: «نه تنها مغز بر روده تاثیر می‌گذارد، بلکه روده نیز می‌تواند تاثیر زیادی روی مغز داشته باشد.» اگرچه اینکه چطور عملکرد این اندام‌های مجزا در آناتومی بدن می‌توانند بر یکدیگر تاثیر داشته باشند، هنوز کاملا مشخص نیست.

فیلیپ واشبورن، زیست‌شناس مولکولی در دانشگاه اورگان و یکی از نویسندگان اصلی این تحقیق جدید، بیش از دو دهه است که بر روی ژن‌های بکارگرفته شده در اوتیسم و گسترش رفتارهای اجتماعی مطالعه می‌کند. او و تیمش در آزمایشگاه به دنبال موجود زنده جدیدی بودند، که دارای رفتارهای اجتماعی باشد، اما سریعتر و راحت‌تر از موش‌های آزمایشگاهی پرورش پیدا کرده و زاد و ولد کنند. او با خود فکر کرد که آیا می‌توانیم این کار را با ماهی‌ها انجام دهیم؟ و سپس گفت:« بیایید کمی آن را بررسی کنیم و ببینیم آیا می‌توانیم بفهمیم ماهی‌ها چقدر صمیمی می‌شوند؟»

ماهی بدون میکروب

گورخر ماهی ها، که به طور گسترده در تحقیقات ژنتیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند، به سرعت تکثیر می‌شوند و به طور طبیعی اجتماعی هستند. وقتی که دو هفته‌شان می‌شود، در دسته‌های چهار تا دوازده‌تایی شروع به گردش می‌کنند. همچنین بدن آنها تا زمانی که بزرگ شوند شفاف است و دانشمندان برای دیدن رشد درونی آنها نیازی به تشریح‌ کردن‌شان ندارند، و این شاهکاری است که در سایر پستانداران مانند موش غیر ممکن است.

این تیم آزمایش را با پرورش جنین‌هایی از گورخر ماهی‌های «بدون میکروب» آغاز کردند که فاقد میکروبیوم روده بودند. پس از اینکه ماهی‌های کوچک متولد شدند، محققان بلافاصله برخی از آنها را با ترکیب سالمی از باکتری‌های روده مایه‌کوبی کردند. اما آنها قبل از مایه‌کوبی سایر ماهی‌ها، یک هفته کامل صبر کردند و آنها را مجبور کردند که بدون این میکروبیوم‌ها رشد کنند.

به گفته جودیت آیزن، متخصص علوم اعصاب در دانشگاه اورگان و یکی از نویسندگان این تحقیق جدید، «ماهی‌هایی که در بدو تولد عمل مایه‌کوبی روی آنها انجام شده بود، طبق برنامه و تقریبا در ۱۵ روزهگی شروع به حرکت در گروه و دسته‌های ماهی‌ها کردند. اما زمانی که نوبت ماهی‌های بدون میکروب شد، آنها در کمال تعجب این کار را نکردند». حتی با وجود اینکه مقادیری از این میکروب به ماهی‌ها داده شده بود، آنها به اندازه سایر ماهی‌های همسن و سال خود به توسعه اجتماعی نرسیده بودند.

زمانی که آیزن، واشبورن و تیم‌ آنها مغز ماهی‌ها را بررسی کردند، تفاوت‌های ساختاری آشکاری را کشف کردند. در ماهی‌هایی که هفته اول زندگی خود را بدون میکروبیوم گذرانده بودند، دسته یا خوشه خاصی از نورون‌ها که در قسمت جلوی مغز قرار دارند و رفتارهای اجتماعی را تحت تاثیر قرار می‌دهند، ارتباطات متقابل بیشتری را نشان دادند. این خوشه همچنین دارای میکروگلیاهای کمتری بود، آنها سلول‌های ایمنی عصبی هستند که مسئول پاکسازی مواد زائد از مغز هستند.

این تیم تحقیقاتی این فرضیه را مطرح کرد که میکروبیوم سالم روده می‌تواند به نوعی باعث شود تا میکروگلیا در مغز گورخر ماهی‌ها رشد کند. سپس در طول دوره‌های مهم رشد، میکروگلیاها مانند کارگران تعمیر و نگهداری عمل می‌کنند و «بازوهای» انشعابی زیادی را روی نورون‌ها پاکسازی می‌کنند. بدون وجود میکروگلیا که باعث برگرداندن آنها می‌شود، نورون‌های اجتماعی ماهی‌هایی که از عاری از میکروب هستن در هم پیچیده شده و مانند یک بوته وحشی بدون مراقبت رشد خواهد کرد.

هنوز مشخص نیست که چگونه میکروب‌های روده سیگنال‌هایی را برای این کار به مغز در حال رشد ماهی‌ها می‌فرستند. باکتری‌ها مجموعه شگفت‌انگیزی از مواد شیمیایی را آزاد می‌کنند و این ترکیبات آنقدر کوچک هستند که از نظر تئوری می‌توانند از سد خونی مغز عبور کنند. اما این احتمال نیز وجود دارد که سلول‌های مسئول ایمنی که بین روده و مغز در حال حرکت هستند، مولکول‌های این سیگنال‌ها را با خود حمل کنند، یا سیگنال‌های خاصی را از روده در امتداد «عصب واگ» به بالا منتقل کنند.

تعدد گونه‌های اجتماعی

ممکن است مکانیسم مشابهی در رشد اجتماعی سایر مهره‌داران، از جمله انسان، نقش داشته باشد. داشتن اجتماع‌های گروهی در سرتاسر قلمرو حیوانات، یک استراتژی برای بقاء آنها است. لیویا هک مورایس، یک زیست‌شناس محقق در موسسه فناوری کالیفرنیا که در این مطالعه شرکت نداشته می‌گوید: «این یکی از رفتارهایی است که در طول دوران تکامل باعث محافظت بیشتر می‌شد».

در واقع واشبورن و آیزن قبلا نورون‌های اجتماعی تقریبا یکسانی را در موش‌ها شناسایی کرده بودند. واشبورن می‌گوید: «اگر شما بتوانید یک نوع سلول‌ مشابه را بین یک ماهی و یک موش پیدا کنید، احتمالا می‌توانید آن نوع سلول را در انسان نیز پیدا کنید».

مورایس در این مورد هشدار داد که با این حال گورخر ماهی‌ها و موش‌ها شبیه به یکدیگر نیستند و هیچ کدام شبیه به انسان نیستند. او گفت: مسیرهای عصبی در ماهی‌ها و موش‌ها کمی تفاوت دارند. و هر یک از این موجودات دارای مجموعه‌ای از میکروب‌های روده متفاوت هستند که ممکن است سینگنال‌های شیمیایی متفاوتی را آزاد کند.

آیزن گفت: با این وجود این اصل می‌تواند به طور کلی در مورد گروه‌های متفاوتی از موجودات صادق باشد. ممکن است مواد شیمیایی میکروبی مختلف، هنوز بتوانند بر میزان فراوانی میکروگلیال در مغز گورخر ماهی‌ها، موش‌ها، انسان‌ها و سایر موجودات تاثیر گذار باشد.

اما نظر او این است که ترکیب کردن کامل تمام گونه‌های مختلف خطرناک است. ارگانیسم‌ها و موجوداتی که به عنوان نمونه انتخاب شده‌اند، دقیقا شبیه انسان‌ها نیستند.

تعدد میکروبیوم‌ها

آیزن و واشبون و تیم‌هایشان قصد دارند تا در آینده به نحوه دقیق ارسال سیگنال‌ها توسط میکروب‌های روده گوره‌خرماهی‌ها بپردازند. همچنین می‌خواهند مدت زمان حساس رشد عصبی را مشخص کنند تا ببینند آیا مداخله زودهنگام در روده‌ها به گسترش مغز کمک می‌کند و می‌تواند رشد آن را به مسیر درست بازگرداند یا خیر. در نهایت آنها امیدوارند که این تحقیق درک عمیق‌تری از چگونگی گسترش اختلالات عصبی-رشدی در افراد ارائه دهد، اگر چه ممکن است این کار دشواری باشد.

فراهم کردن و طراحی یک کارآزمایی بالینی برای آزمایش مداخله در روده در نوزاد انسان بسیار دشوار خواهد بود. زیرا شرایطی نظیر اختلالات طیف اوتیسم معمولا تا سن ۷ سالگی یا پس از آن تشخیص داده نمی‌شوند، و این سنی است که احتمالا دوران کارایی و به ثمر رسیدن این آزمایش تمام شده است.

میکروبیوم‌ها حتی بین افراد یک گونه نیز به طور قابل توجهی متفاوت هستند. دو نفر که از بسیاری از جهات با یکدیگر یکسان هستند، ممکن است اجتماع میکروبی روده آنها بیش از ۷۰٪ با هم تفاوت داشته باشد. تنها نگاه کردن به میکروبیوم یک فرد، ابزار تشخیصی مفیدی برای اختلالات عصبی رشدی نیست.

اما حتی پی‌ بردن به بخش اندکی از شیوه تاثیر روده بر مغز به کشف یک راز عمیقاً پیچیده انسانی کمک می کند و فعلا همین کافی است.