Przez żołądek do serca? A może też przez jelita do... dużego mózgu? Grupa amerykańskich naukowców pod kierunkiem badaczy z Northwestern University w Evanston pisze na łamach czasopisma "Microbial Genomics", że to za sprawą mikrobiomu jelitowego niektóre gatunki kręgowców, w tym przodkowie człowieka, mogły zyskać nadwyżkę energetyczną, która umożliwiła im wykształcenie dużego mózgu. Badania na myszach, którym przeszczepiano florę bakteryjną różnych gatunków naczelnych, pokazały, że mikrobiom gatunków o większym mózgu steruje przemianą materii w kierunku większej dostępności energii, podczas gdy flora naczelnych z mniejszymi mózgami stymuluje jej magazynowanie w tkankach tłuszczowych.
Mózg jest organem energetycznie kosztownym, jego rozwój u kręgowców musi wiązać się z cechami metabolicznymi, które ułatwiają dostępność energii. Autorzy pracy zwracają uwagę, że biologiczne podstawy tego mechanizmu nie były do tej pory dostatecznie dobrze poznane i stawiają tezę, że istotne znaczenie dla regulacji przemiany materii związanej z wymaganiami energetycznymi mózgu ma dla danego gatunku jego mikrobiom jelitowy.
Ich zdaniem, podobnie mogło być podczas ewolucji człowieka, która promowała wykształcenie dużego mózgu. By to sprawdzić, przeprowadzili serię eksperymentów, w których myszom pozbawionym wcześniej swojego mikrobiomu jelitowego przeszczepiano florę bakteryjną innych kręgowców, dwóch gatunków naczelnych, które mają względnie duże mózgi (człowieka i sajmiri wiewiórczej) i jednego, który ma mózg względnie mniejszy (makaka).
Podczas eksperymentu naukowcy badali zmiany w fizjologii myszy, w tym przyrost ich masy ciała, procent tkanki tłuszczowej, poziom glukozy na czczo, funkcję wątroby i inne. Badali też różnorodność ich flory bakteryjnej i związki chemiczne, wytwarzane u każdej grupy myszy. Okazało się, że myszy z mikrobiomem tych gatunków o większych mózgach jedzą więcej, ale rosną wolniej i przybierają mniej tkanki tłuszczowej. Ich organizm wykorzystuje nadmiar energii do produkcji glukozy, która jest głównym paliwem dla mózgu.
To pierwsze tak wyraźne dane wskazujące na to, że mikrobiom jelitowy różnych zwierząt może wpływać na różnice w biologii między gatunkami i w związku z tym na ich ewolucję, zmieniając mechanizm procesu czerpania energii. To rzuca nowe światło także na ewolucję człowieka, a szczególnie ewolucję naszych dużych mózgów.
Wiemy, że społeczność bakterii żyjących w jelicie grubym może produkować związki, które wpływają na aspekty ludzkiej biologii - na przykład prowadząc do modyfikacji przemiany materii, które mogą prowadzić do insulinooporności i przyrostu masy ciała - mówi pierwsza autorka pracy, prof. Katherine Amato z Northwestern University. Zróżnicowanie mikrobiomu jelitowego może być istotnym mechanizmem, który wpływa na możliwość spełnienia różnych wymagań energetycznych mózgu - dodaje.
Naukowcy spodziewali się, że mikrobiomy różnych gatunków naczelnych doprowadzą do różnic w biologii myszy, którym je przeszczepiono. Spodziewali się również, że u myszy z bakteriami ludzkimi te różnice będą większe, niż w przypadku myszy z mikrobiomami pozostałych dwóch gatunków. Okazało się jednak, że najsilniejsza różnica dotyczyła myszy z bakteriami od naczelnych z większymi mózgami i myszy z bakteriami naczelnych o mniejszych mózgach.
Myszy, którym podano mikrobiomy od ludzi i małp wiewiórczych, miały zaskakująco podobną biologię, mimo że te dwa gatunki naczelnych o większych mózgach nie są ewolucyjnie bliskimi krewnymi. Sugeruje to, że nie wspólne pochodzenie, ale właśnie rozwój większego mózgu to cecha, która manifestuje się w podobieństwach biologicznych u myszy, którym ich mikrobiom przeszczepiono. Nasze odkrycie sugeruje, że kiedy u ludzi i sajmiri wiewiórczych niezależnie ewoluowały większe mózgi, ich mikrobiomy jelitowe zmieniały się w podobny sposób, by pomóc im dostarczyć niezbędną energię - dodaje prof. Katherine Amato.