Scienty

Исследование, посвященное пересадке микробиоты, выявило, что бактерии, обитающие у приматов с развитым мозгом, запускают у грызунов аналогичные генетические процессы, которые определяют высокий уровень интеллекта у людей.

Фото: img.freepik.com

Несмотря на то, что масса мозга составляет лишь 2% от общей массы тела, он расходует до 20% энергии организма. В эволюционной биологии на протяжении длительного времени ученые пытались выяснить, какие ресурсы были доступны нашим предкам для поддержания столь энергозатратного органа?

Ученые-генетики искали объяснение в мутациях, которые повлияли на метаболизм человека. Тем не менее, высказывалось предположение, что внутренних изменений было недостаточно, и приматы могли переложить часть задач по получению энергии на кишечные симбионты. Для проверки этой гипотезы требовался эксперимент, позволяющий исключить воздействие собственной генетической предрасположенности.

Авторы исследования, опубликованного в журнале PNAS, для проведения эксперимента стерильных мышей заселили микробиотой, взятой от трех видов приматов с различным размером мозга. Чтобы обеспечить достоверность результатов, ученые учли факторы родства и объема мозга: донорами выступили люди (обладающие крупным мозгом), макаки (с небольшим мозгом, являющиеся близкими родственниками человека) и беличьи обезьяны (с крупным относительным мозгом, но дальними родственниками). Для подтверждения функциональной взаимосвязи команда исследователей применила нейронную сеть MiMeNet, которая позволила сопоставить активность 11 359 генов мозга мышей с конкретными метаболическими путями бактерий.

Согласно результатам исследования, микробиота человека и беличьих обезьян, несмотря на значительную эволюционную дистанцию, оказывает аналогичное воздействие на мозг мышей: она стимулирует гены, участвующие в энергетическом обмене. Микрофлора человека в особенности усилила окислительное фосфорилирование – наиболее продуктивный метод получения клеточного АТФ – и метаболизм глюкозы.

Для определения эволюционной значимости произошедших изменений исследователи сопоставили карту экспрессии генов, отвечающих за окислительное фосфорилирование (процесс выработки энергии) и вызванную бактериями, с картой областей мозга человека, которые эволюционно расширились в большей степени, чем у макак. Полученные данные оказались согласованными: области мозга, показавшие наибольший прирост в процессе эволюции, оказались наиболее зависимы от бактериального метаболизма.

Микробиота, связанная с человеком, также активировала у мышей синтез белка DLG4, который играет важную роль в создании новых нейронных связей. Таким образом, микроорганизмы оказывали влияние на повышение сложности организации мозга.

В итоге исследователи установили, что бактерии, характерные для человека, подавляют активность генов, вовлеченных в развитие нейропсихиатрических расстройств, включая аутизм и синдром дефицита внимания и гиперактивности. В то же время, микробиота макак способствовала у мышей более интенсивному росту и отложению жира, в то время как микрофлора более крупных приматов направляла ресурсы на поддержание когнитивных функций.

Полученные данные свидетельствуют о том, что состав микрофлоры кишечника претерпевал изменения параллельно с развитием мозга приматов. Микробиота способствовала тому, чтобы предки человека смогли преодолеть энергетические ограничения и сформировать высокоразвитую нервную систему. Saimiri oerstedii