Mikrobióta-bél-agy tengely

A University of Oxford kutatói megpróbálták evolúciós szemszögből megmagyarázni, mi lehet az oka, hogy a beleinkben élő mikrobák képesek befolyásolni agyunkat és viselkedésünket. A kísérleti pszichológus Katerina Johnson és a zoológus Kevin Foster Nature Reviews Microbiology-ben megjelent tanulmánya (Can microbes manipulate our minds?) szakirodalmi adatok alapján kísérli meg feltárni az emberi viselkedést is befolyásoló kapcsolat evolúciós mozgatórugóit.

A kutatások bebizonyították, írja Johnson és Foster, hogy a bélbaktériumok (különösen a Lactobacillus és a Bifidobacterium nemzetségbe tartozók) befolyásolják a gazdaszervezet társas viselkedését, emberben is hozzájárulnak pl. a szorongás, a stressz és a depresszív viselkedés tüneteinek enyhüléséhez, a felborult oxitocin-háztartás helyreállításához. A hatás többféle mechanizmus révén alakulhat ki: közvetítheti a bolygóideg, az immun- és az endokrin rendszer, továbbá arra is van példa, hogy a mikrobák maguk termelnek a humán idegrendszerre ható anyagokat. Az evolúciókutatókat legfőképpen mégsem a hatásmechanizmus módja érdekli, inkább az a kérdés izgatja őket, hogy egyáltalán miért alakítják ezek a mikrobák a viselkedésünket, milyen evolúciós nyomás hatására alakult ki az a hatás, amit ránk, emberekre gyakorolnak.

Az egyik elmélet, a manipulációs teória szerint a bélmikrobióta egyes tagjai aktívan manipulálják a viselkedésünket a saját érdekükben. Így pl. barátkozóbbá tesznek minket, ezáltal növelik annak az esélyét, hogy átkerülhessenek egy új gazdaszervezetre. Teszik ezt úgy, hogy az egyes humán neurotranszmitterekkel vagy prekurzoraikkal megegyező struktúrájú anyagokat állítanak elő.

A szerzők számításai szerint azonban a manipulációs hipotézisnél jóval valószínűbb a mellékhatás hipotézis, ami szerint a viselkedés befolyásolása a mikrobák anyagcsere-melléktermékeinek véletlenszerű hatásaként alakult ki. A természetes szelekció kedvezett a gazdaszervezet belsejében növekvő bizonyos mikroorganizmusoknak, és kialakította a gazdaszervezet függőségét is szimbionta bélbaktériumaitól. Mint a szerzők írják, a manipulációs hipotézis csak akkor állná meg a helyét, ha az adott baktériumfajta egyedül népesítené be bélrendszerünket: ekkor megérné számára növekedés és szaporodás helyett a gazdaszervezetet befolyásoló anyagot is termelni, rávenni a gazdaszervezetét a számára előnyös táplálék fogyasztására vagy a transzmissziós lehetőségek növelésére, netán a gazdaszervezet immunreakcióját csökkentve jobb lehetőségeket biztosítana a saját szaporodása számára. Mivel azonban a bélrendszerben több száz, sőt akár több ezer féle mikroba él egymással komplex kölcsönhatásban, a gazdaszervezet irányítása nemcsak a manipulációs anyag termelőjét segítené, így versenytársai hamar túlnőnék a manipulációba energiát befektető mikrobát, a befolyást eredményező anyag pedig kihullana az evolúció rostáján. A lokális befolyásolás kialakulása valószínűbb, mint a gazdaszervezet viselkedésének manipulálása, mivel ez esetben nagyobb az esélye annak, hogy főleg a manipulációba befektető baktériumfajta tapasztalja befolyásának előnyeit. Amennyiben egy manipuláló baktériumtörzs meg tudja akadályozni más fajták betelepedését saját niche-ébe, javulnak a manipuláció esélyei (ilyen törzs pl. a Bacteroides fragilis, ami gyakorta egyedül kolonizálja gazdaszervezetét).

A manipulációt lehetővé tevő feltételek azonban ritkán állnak elő az emlős-mikrobiom genetikailag sokszínű ökoszisztémájában, nyomatékosítják a kutatók, és hozzáteszik: ne úgy tekintsünk mikrobiális társainkra, mintha azok bábuként rángatnának minket; nagyobb a valószínűsége, hogy a bélmikrobiom viselkedéses hatásai annak mellékhatásaként alakultak ki, ahogy a természetes szelekció hatott az egymással versengő bélbaktériumokra és a mikrobáiktól függővé váló gazdaszervezetekre (evolválódott dependencia).

A baktériumok növekedése során pl. anyagcsere-melléktermékként olyan rövid szénláncú zsírsavak (pl. butirát, propionát, acetát) keletkeznek, amelyek befolyásolják az agyműködést (a neuromodulációt valószínűleg hisztondeacetiláz gátló hatásuk révén váltják ki), a Lactobacillus és a Bifidobacterium fajok GABÁ-t termelnek, míg más bélbaktériumok (Evtepia gabavorous) növekedésükhöz igényelnek GABÁ-t, így a GABA-szint csökkentése révén befolyásolják a gazdaszervezet viselkedését. Egyes baktériumok a dopamin és a noradrenalin prekurzorait aktiválják a bélben, míg mások szerotonint, acetilkolint vagy hisztamint termelnek. Mindazonáltal, egyelőre nem tudni, hogy a bél lumenében termelődött neurotranszmitterek milyen mértékű hatást gyakorolnak az agyra, az is elképzelhető, hogy a gazdaszervezet manipulálása helyett valamilyen más bakteriális funkciójuk van (az állatokban neurotranszmitterként funkcionáló anyagokat az állatokon kívül nemcsak baktériumok képesek előállítani, azok a növényekben és a gombákban is előfordulnak, és az is elképzelhető, hogy a többsejtű élőlényekbe éppen a baktériumokból kerültek be horizontális géntranszfer révén).

A bakteriális metabolitok immunrendszerünkkel is kölcsönhatásba lépnek. Mivel az immun- és az idegrendszer extenzív kapcsolatban áll egymással, nemcsak mechanisztikusan de anatómiailag is, az immunrendszert érő bármilyen mikrobiális hatás viselkedéses változást is eredményezhet, anélkül, hogy a természetes szelekció a manipuláló fajt előnyben részesítené.

A fiziológiánk adaptálódhatott ahhoz, hogy hasznát vegye a bennünk élő mikrobáknak. A higiéniai hipotézishez hasonlóan, ami azt állítja, hogy mikrobák hiányában károsodik az immunrendszer fejlődése, Johnson és Foster a következő hipotézist javasolja: az evolúciónk során függővé váltunk mikrobáinktól, és szükségünk van rájuk normális agyműködésünk érdekében. A kutatók hozzáteszik: a bél és az agy közötti kommunikáció evolúciójának megértése révén képesek lehetünk mikrobiális ökoszisztémánk befolyásolása által a mentális egészség javítására is.