Автор: Yasemin Saplakoglu
Стаття від: 2 грудня 2024 року
Відкриття того, що інші хребетні тварини мають здоровий мікробіальний мозок, підживлює все ще суперечливу можливість того, що ми також можемо мати такий мозок.
Вчені виявили найпереконливіші докази того, що здорові хребетні можуть мати мікробіоми мозку.
Бактерії знаходяться всередині, навколо і всюди навколо нас. Вони процвітають майже в кожному куточку планети, від глибоководних гідротермальних джерел до хмарних висот, у щілинах ваших вух, рота, носа і кишечника. Але вчені вже давно припускають, що бактерії не можуть вижити в людському мозку. Вважається, що потужний гематоенцефалічний бар’єр захищає цей орган від зовнішніх загарбників. Але чи впевнені ми, що здоровий людський мозок не має власного мікробіому? Протягом останнього десятиліття перші дослідження надали суперечливі дані. Ця ідея залишалася суперечливою, враховуючи складність отримання здорової, незабрудненої тканини мозку людини, яку можна було б використати для вивчення можливих мікробних мешканців.
Нещодавно дослідження, опубліковане в журналі Science Advances (https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ado0277), надало найпереконливіші докази того, що мікробіом мозку може існувати і існує у здорових хребетних тварин, зокрема, у риб. Дослідники з Університету Нью-Мексико виявили спільноти бактерій, що процвітають у мозку лосося та форелі. Багато видів мікробів мають спеціальні адаптації, які дозволяють їм виживати в мозковій тканині, а також методи подолання захисного гематоенцефалічного бар’єру.
Matthew Olm, фізіолог, який вивчає мікробіом людини в Університеті Колорадо в Боулдері і не брав участі в дослідженні, каже, що “за своєю природою скептично” ставиться до ідеї, що популяції мікробів можуть жити в мозку. Але він вважає нове дослідження переконливим. “Це конкретний доказ того, що мікробіоми мозку дійсно існують у хребетних тварин”, – сказав він. “І тому ідея про те, що люди мають мікробіом мозку, не є чимось дивовижним”.”
Хоча фізіологія риб багато в чому схожа на людську, є деякі ключові відмінності. Тим не менш, “це, безумовно, додає ще одну шальку терезів до роздумів про те, чи має це відношення до ссавців і нас”, – сказав Christopher Link , який вивчає молекулярні основи нейродегенеративних захворювань в Університеті Колорадо в Боулдері і також не брав участі в цій роботі.
Irene Salinas, яка вивчає імунну систему риб в Університеті Нью-Мексико, досліджувала риб’ячий мозок на наявність мікробів. Тепер вона шукає їх і в мозку мишей.
Світлини надано Irene Salinas
Мікробіом кишківника людини відіграє критично важливу роль в організмі, взаємодіючи з мозком і підтримуючи імунну систему через вісь кишківник-мозок. Тож не буде абсолютно надуманим припустити, що мікроби можуть відігравати ще більшу роль у нашій нейробіології.
Рибалка на мікробів
Протягом багатьох років Irene Salinas захоплюється простим фізіологічним фактом: відстань між носом і мозком досить мала. Еволюційний імунолог, яка працює в Університеті Нью-Мексико, вивчає імунні системи слизових оболонок риб, щоб краще зрозуміти, як працюють людські версії цих систем, такі як наша кишкова оболонка і носова порожнина. Вона знає, що ніс наповнений бактеріями, і вони “дуже, дуже близько” до мозку – всього в міліметрах від нюхової цибулини, яка обробляє запах. Salinas завжди здогадувалася, що бактерії можуть просочуватися з носа до нюхової цибулини. Після багатьох років цікавості вона вирішила перевірити свої підозри на своїх улюблених модельних організмах: рибах.
Salinas та її команда почали з вилучення ДНК з нюхових цибулин форелі та лосося, деякі з яких були виловлені в дикій природі, а деякі вирощені в її лабораторії. Вони планували шукати послідовності ДНК у базі даних, щоб ідентифікувати будь-які мікробні види.
Однак такі зразки легко забруднюються – бактеріями в лабораторії або з інших частин тіла риби – саме тому вчені намагалися максимально ретельно дослідити цю тему. Якби вони знайшли бактеріальну ДНК в нюховій цибулині, їм довелося б переконувати себе та інших дослідників, що вона дійсно походить з мозку.
Щоб підстрахуватися, команда Salinas також вивчила мікробіоми всього тіла риб. Вони взяли зразки мозку, кишок і крові риб; вони навіть взяли кров з численних капілярів мозку, щоб переконатися, що всі виявлені ними бактерії знаходяться в самій мозковій тканині.
“Нам доводилося повертатися і повторювати [експерименти] багато-багато разів, щоб бути впевненими,” – каже Salinas. Проект тривав п’ять років – але навіть у перші дні було зрозуміло, що риб’ячі мізки не були порожніми.
Як і очікувала Salinas, у нюховій цибулині було кілька бактерій. Але вона була шокована, побачивши, що в інших частинах мозку їх було ще більше. “Я думала, що в інших частинах мозку бактерій не буде”, – каже вона. “Але виявилося, що моя гіпотеза була помилковою”. Мозок риб містив так багато бактерій, що для виявлення бактеріальних клітин під мікроскопом знадобилося лише кілька хвилин. На наступному етапі її команда підтвердила, що мікроби активно живуть у мозку; вони не перебувають у стані спокою або мертві.
Olm був вражений їхнім ретельним підходом. Salinas та її команда досліджували “одне й те саме питання з різних боків, використовуючи всі ці різні методи – і все це дало переконливі дані про те, що в мозку лосося дійсно є живі мікроби”, – сказав він.
Але якщо вони є, то як вони туди потрапили?
Вторгнення до фортеці
Дослідники довгий час скептично ставилися до того, що мозок може мати мікробіом, оскільки всі хребетні, включаючи риб, мають гематоенцефалічний бар’єр. Ці кровоносні судини та клітини мозку, що їх оточують, укріплені таким чином, щоб слугувати вартовими, які пропускають лише деякі молекули в мозок і випускають з нього, а загарбників, особливо великих, таких як бактерії, не пускають всередину. Тому Salinas, природно, зацікавилася, як мозок в її дослідженні був колонізований.
Порівнюючи мікробну ДНК з мозку з ДНК, зібраною з інших органів, її лабораторія виявила підгрупу видів, які не з’являлися в інших частинах тіла. Salinas припустила, що ці види могли колонізувати мозок риб на ранній стадії їхнього розвитку, ще до того, як гематоенцефалічний бар’єр повністю сформувався. “На ранніх стадіях все, що завгодно, може потрапити всередину; це вільний простір для всіх”, – каже вона..
Але багато видів мікробів також були знайдені по всьому тілу. Вона підозрює, що більшість бактерій у мікробіомах мозку риб з’явилися в їхній крові та кишечнику і безперервно просочуються в мозок.
“Після першої хвилі колонізації, – каже вона, – потрібно мати певні особливості, щоб входити і виходити.”
Salinas вдалося виявити особливості, які дозволяють бактеріям перетинати бар’єр. Деякі з них можуть виробляти молекули, відомі як поліаміни, які можуть відкривати і закривати з’єднання, що нагадують маленькі дверцята в бар’єрі, які дозволяють молекулам проходити крізь нього. Інші можуть виробляти молекули, які допомагають їм уникати імунної відповіді організму або конкурувати з іншими бактеріями.
Salinas навіть спіймала бактерію “на гарячому”. Дивлячись під мікроскоп, вона зафіксувала зображення бактерії, застиглої в часі в гематоенцефалічному бар’єрі. “Ми буквально зловили її прямо посеред перетину”, – каже вона.
Можливо, мікроби не живуть вільно в тканині мозку, а поглинуті імунними клітинами. Це було б “найнуднішою інтерпретацією цієї статті”, – каже Olm, – і припускало б, що риби пристосувалися до бактеріальних мешканців, стримуючи їх.
Однак, якщо бактерії є вільноживучими, вони можуть бути залучені до процесів, що відбуваються в організмі поза мозком. Цілком можливо, що мікроби активно регулюють різні аспекти фізіології істот, припускає Salinas, подібно до того, як мікробіоми людського кишечника допомагають регулювати травну та імунну системи.
Риби, звичайно, не люди, але вони дозволяють провести об’єктивне порівняння, кажеSalinas said. І її робота припускає, що якщо у риб в мозку живуть мікроби, то, можливо, вони є і у нас.
Нещодавно біологи дослідили мозок здорових лососевих, включаючи райдужну форель (ліворуч) та аляскинську чавичі (праворуч), і виявили, що в них мешкають живі мікроби.
Непроникний чи ні?
Бактерії живуть майже в кожній системі органів людини, але багато вчених вважають, що мозок – це занадто . Гематоенцефалічний бар’єр традиційно вважається “непроникним”», – говорить Janosch Heller, який вивчає цей бар’єр в Дублінському міському університеті і не брав участі в новому дослідженні. Крім того, мозок має імунні клітини, які працюють понаднормово, щоб знищити будь-яких потенційно небезпечних загарбників. Коли мікроби виявляють у людському мозку, їх пов’язують з активними інфекціями або, як правило, з порушенням бар’єру внаслідок таких захворювань, як хвороба Альцгеймера.
Це припущення було поставлено під сумнів у 2013 році, коли вчені, які вивчали неврологічні наслідки ВІЛ/СНІДу, виявили генетичні натяки на бактерії в мозку як хворих, так і здорових людей. Ці знахідки стали першим припущенням , що, можливо, люди можуть мати мікробіом мозку за відсутності хвороби.
“Ніхто не вірив у це 10 років тому”, – каже Heller. Подальші дослідження – а їх було небагато – виявилися непереконливими. “Дуже легко обдурити себе, вважаючи, що мікроби існують, тому що мікробна ДНК є практично скрізь, – сказав Olm. Тому знадобилося б багато доказів, щоб переконати мене в тому, що вони дійсно існують”.
Експеримент з рибами переконав його та інших дослідників, що мікробіом людського мозку не є неможливим. Однак, що майже неможливо, так це підтвердити це, не завдаючи шкоди здоровим людям. Щоб довести це, Link запропонував повторити експеримент з рибами на гризунах. “Цей протокол має бути дуже легко адаптований до мозку мишей”, – каже Salinas, і її команда почала досліджувати це питання. Вони знайшли перші натяки на те, що мікроби існують в нюхових цибулинах здорових мишей і, меншою мірою, в усьому мозку.
“Якщо вони є у риб, то немає жодної причини, чому б їх не було у вас або у мишей”, – каже Link. Якщо мікроби пристосувалися перетинати гематоенцефалічний бар’єр риб і виживати в їхньому мозку, вони можуть робити те ж саме в нашому організмі. Малоймовірно, що вони будуть присутні на тих же рівнях, що й у риб, додав він, “але це не означає, що їх немає”.
Навіть у невеликій кількості, як каже Link, місцеві мікроби можуть впливати на метаболізм нашого мозку та імунну систему. Якщо вони справді присутні, це свідчить про додатковий рівень неврологічної регуляції, про який ми не знали. Ми вже знаємо, що мікроби впливають на нашу нейробіологію: Прямо зараз мікроби у вашому кишечнику модулюють вашу мозкову активність через вісь кишечник-мозок, виробляючи метаболіти, які сприймаються ентеральними нейронами, що пронизують вашу травну систему.
Припущення про те, що бактерії в мозку безпосередньо впливають на нашу фізіологію, є захоплюючим, хоча й недоведеним. Однак завдяки таким дослідженням, як дослідження Salinas, все більше вчених відкриті до ідеї, що здоровий людський мозок також може бути домівкою для мікробів.
“Чому ні?” – каже Heller. “Я більше не шокований тим, що вони там є”. Більш цікаве питання, за його словами, полягає в наступному: “Чи всі вони там з якоїсь причини, чи вони там опинились помилково?”
Посилання на оригінал статті: Fish Have a Brain Microbiome. Could Humans Have One Too?
