A baktériumok mindenütt ott vannak, körülöttünk, rajtunk és bennünk is. A bolygó szinte minden szegletében megélnek, a mélytengeri hidrotermális kürtőktől kezdve a felhőkön át a fülünk, szánk, orrunk és bélrendszerünk üregeiig. A kutatók azonban sokáig azt feltételezték, hogy a baktériumok nem képesek túlélni az emberi agyban. A teória az volt, hogy az erős vér-agy gát alapállapotban távol tartja a szervet a külső behatolóktól. De valóban biztos, hogy az egészséges emberi agynak nincs saját mikrobiomja?
Az elmúlt évtizedben végzett kutatások először ellentmondásos eredményeket hoztak. Az alapprobléma, hogy nehéz olyan egészséges, nem szennyezett emberi agyszövethez jutni, amelyet fel lehetne használni a lehetséges mikrobiális „lakók” tanulmányozására. A közelmúltban azonban a Science Advances című szaklapban megjelent egy tanulmány, amely az eddigi legerősebb bizonyítékot szolgáltatta arra, hogy egészséges gerincesekben – konkrétan halakban – létezhet és létezik is agyi mikrobiom.
Az Új-Mexikói Egyetem kutatói virágzó baktériumközösségeket fedeztek fel a lazacok és pisztrángok agyában. A feltárt mikrobafajok közül sokan alkalmazkodtak az agyszövetben való túléléshez, valamint olyan technikákra tettek szert, amelyekkel át tudnak jutni a védő vér-agy gáton.
Matthew Olm, a Coloradói Egyetemen az emberi mikrobiomot tanulmányozó kutatója, kezdetben szkeptikus volt azzal az elképzeléssel kapcsolatban, hogy mikrobapopulációk élhetnek az agyban. Az új kutatást azonban kifejezetten meggyőzőnek találja. „Ez konkrét bizonyíték arra, hogy az agyi mikrobiomok valóban léteznek gerincesekben” – mondja. „És így az elképzelés, hogy az embereknek is lehet agyi mikrobiomjuk, sem elrugaszkodott.” Bár a halak élettana sok tekintetben hasonlít az emberekéhez, van néhány kulcsfontosságú különbség. Az új eredmény azonban így is fajsúlyos, és elgondolkodtató, hogy ez releváns-e az emlősökre és ránk nézve is, mondja Christopher Link, a Coloradói Egyetem neurodegeneratív betegségek molekuláris alapjait vizsgáló kutatója.
Mikrobahalászat
Az emberi bélmikrobiomról egy ideje már ismert, hogy kritikus szerepet játszik a szervezetben, a bél-agy tengelyen keresztül kommunikál az aggyal és segíti az immunrendszer működését. Nem teljesen elrugaszkodott tehát az a feltételezés, hogy a mikrobák még az eddig véltnél is nagyobb szerepet játszhatnak a neurobiológiánkban.
Irene Salinast évek óta foglalkoztatta az az egyszerű élettani tény, hogy az orr és az agy közötti távolság meglehetősen kicsi. Az Új-Mexikói Egyetem evolúciós immunológusa a halak nyálkahártya-immunrendszereit tanulmányozza, hogy jobban megértse, hogyan működnek e rendszerek emberi változatai, például a bélnyálkahártya és az orrüregi nyálkahártya. Az orr kapcsán ismert, hogy tele van baktériumokkal, és ezek nagyon-nagyon közel vannak az agyhoz – mindössze milliméterekre a szaglást feldolgozó szaglógumótól, mondja Salinas, akinek mindig is az volt a sejtése, hogy az orrból baktériumok juthatnak a szaglógumóba. Végül úgy döntött, hogy kedvenc modellorganizmusain, a halakon vizsgálja meg gyanúját.
Salinas és csapata azzal kezdte, hogy DNS-t vontak ki pisztrángok és lazacok szaglógumójából, amelyek közül egyeseket befogtak, másokat pedig a laboratóriumban neveltek. Úgy tervezték, hogy a DNS-szekvenciákat összevetik egy adatbázissal, hogy azonosítani tudják az esetleges mikrobafajokat. Az ilyen típusú minták azonban könnyen szennyeződhetnek, a laboratóriumban lévő baktériumokkal vagy a hal testének más részeiből származó baktériumokkal, ezért a kutatók mostanáig nehezen tudták hatékonyan tanulmányozni ezt a témát. És tudták, hogy ha találnak is bakteriális DNS-t a szaglógumóban, utána még mindig meg kell győzniük magukat és más kutatókat is arról, hogy a baktériumok valóban az agyból származnak.
Ennek előkészítéseként Salinas csapata a halak egész testének mikrobiomját megvizsgálta. Mintát vettek a halak agyának többi részéből, a belekből és a vérből, valamint az agy számos hajszáleréből is vért vettek, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy a felfedezett baktériumok magából az agyszövetből származnak. „Újra és újra megcsináltuk a kísérleteket, hogy biztosak legyünk” – mondta Salinas. A projekt öt évig tartott, de az a kezdetektől világos volt, hogy a halak agya nem steril.
Ahogy Salinas várta, a szaglógumó baktériumoknak adott otthont. Ami azonban őt is megdöbbentette, hogy az agy többi részében még több mikrobát találtak.
És ezeket nem is volt nehéz megtalálni, annyi volt belőlük, hogy a mikroszkóp alatt csak néhány percig tartott a baktériumsejtek azonosítása. További lépésként csapata megerősítette, hogy a mikrobák aktívan éltek az agyban, nem szunnyadó vagy elhalt állapotban léteztek ott. De vajon hogyan kerültek oda?
Rések a pajzson
A kutatók sokáig szkeptikusak voltak azzal kapcsolatban, hogy az agynak lehet mikrobiomja, mivel minden gerinces állatban, így a halakban is létezik az úgynevezett vér-agy gát. Ezek olyan megerősített vérerek és agysejtek, amelyek kapuőrként szolgálnak, és csak bizonyos molekulákat engednek be és ki az agyból, valamint távol tartják a betolakodókat, különösen a nagyobbakat, például a baktériumokat. Így Salinas természetesen kíváncsi volt arra, hogy a vizsgálatában szereplő agyakban hogyan telepedtek meg a mikrobák.
Az agyból származó mikrobiális DNS-t összehasonlítva a más szervekből gyűjtött DNS-sel, laboratóriuma olyan fajok egy alcsoportját azonosította, amelyek a test más részein nem jelentek meg. Salinas feltételezte, hogy ezek a fajok a halak agyában a fejlődés korai szakaszában telepedhettek meg, még mielőtt a vér-agy gát teljesen kialakult volna. „A korai szakaszban bármi bemehet; szabad a pálya” – mondja.
A mikrobafajok közül ugyankkor sok megtalálható volt az egész testben is. A szakértő gyanítja, hogy a halak agyi mikrobiomjának legtöbb baktériuma a vérből és a belekből származik, és folyamatosan szivárog az agyba. Salinas képes volt azonosítani azokat a jellemzőket, amelyek lehetővé teszik a baktériumok számára az átkelést. Egyesek olyan molekulákat, úgynevezett poliaminokat termelnek, amelyek képesek megnyitni és bezárni vér-agy gát átjáróit. Mások olyan molekulákat termelhetnek, amelyek segítenek nekik elkerülni a szervezet immunválaszát, vagy versenyképessé teszik őket más baktériumokkal szemben. Salinas egy baktériumot még tetten is ért. A mikroszkóppal sikerült képet készítenie egy mikorbáról, amely éppen áthalad a vér-agy gáton:
„Szó szerint az átkelés kellős közepén csíptük el.”
Lehetséges persze, hogy a mikrobák nem szabadon élnek az agyszövetben, hanem az immunsejtek bekebelezik őket. De Olm szerint ez lenne a legunalmasabb értelmezése ennek az eredménynek. Ha viszont a baktériumok szabadon élnek, akkor részt vehetnek a szervezet agyon kívüli folyamataiban is. Lehetséges, hogy a mikrobák aktívan szabályozzák az élőlények élettanának egyes aspektusait, veti fel Salinas, ahogyan az emberi bélmikrobiom segít szabályozni az emésztőrendszert és az immunrendszert.
Párhuzamos történetek
A halak természetesen nem emberek, de tisztességes összehasonlítási alapot jelentenek, mondja Salinas. És ha a halak agyában élnek mikrobák, akkor lehetséges, hogy bennünk is vannak. Az ember szinte minden szervrendszerében találtak már baktériumokat, de sok kutató számára az agy soknak tűnik. A vér-agy gátat hagyományosan áthatolhatatlannak tekintik, ráadásul az agyban az immunsejtek fokozott erőkkel dolgoznak, hogy elintézzék a potenciálisan káros behatolókat. Amikor eddig mikrobákat találtak az emberi agyban, azok mind aktív fertőzésekhez kapcsolódtak, vagy jellemzően a gát olyan betegségek miatti összeomlásához kötődtek, mint például az Alzheimer-kór.
Ezt a feltételezést először 2013-ban kérdőjelezték meg komolyabban, amikor a HIV/AIDS neurológiai hatásait vizsgáló kutatók a baktériumokra utaló genetikai nyomokat találtak mind a beteg, mind az egészséges emberek agyában. Az eredmények azt sugallták, hogy talán az embereknek is lehet agyi mikrobiomjuk. Az utólagos vizsgálatok, amelyekből nem sok volt, azonban nem voltak meggyőzőek. „Nagyon könnyű becsapni magunkat, hogy azt higgyük, mikrobák vannak jelen, mert a mikrobiális DNS lényegében mindenhol jelen van” – mondja Olm. „Szóval nagyon sok bizonyíték kellene ahhoz, hogy meggyőzzön arról, hogy valóban léteznek.”
A halkísérlet most meggyőzte őt és más kutatókat is arról, hogy az emberi agy mikrobiomja nem teljes képtelenség. Ami azonban szinte lehetetlennek tűnik, az ennek megerősítése egészséges emberek károsítana. Link ezért is javasolja, hogy először is ismételjék meg a halkísérletet rágcsálókon. Salinas csapata már el is kezdte előkészíteni ezt a munkát, és találtak is jeleket arra, hogy mikrobák vannak az egészséges egerek szaglógumóiban, és kisebb mértékben az egész agyban.
A legtöbb kutató azon a véleményen van, hogy ha halaknak lehetnek agyi mikrobáik, nincs oka annak, hogy az embernél miért ne létezhetne szintén az agyi mikrobiom.
Ha a baktériumok alkalmazkodtak a halak vér-agy gátján való átjutáshoz és a halak agyában való túléléshez, akkor ugyanezt megtehetik a mi testünkben is. Ez pedig azért fontos, mondja Link, mert a „bennszülött” mikrobák már alacsony számban is befolyásolhatják agyunk anyagcseréjét és immunrendszerünk működését. Ha valóban jelen vannak, az a neurológiai szabályozás egy olyan extra rétegére utalna, amelynek létezéséről eddig semmit nem tudtunk.
Azt már tudjuk, hogy a mikrobák befolyásolják a neurobiológiánkat: a bélrendszerünkben élő mikrobák a bél-agy tengelyen keresztül modulálják az agyi aktivitást azáltal, hogy olyan anyagcseretermékeket termelnek, amelyeket az emésztőrendszerünkön keresztül kanyargó enterális neuronok érzékelnek. Az új felvetés szerint pedig lehetséges, hogy az agyban élő baktériumok közvetlenül is befolyásolják szervezetünk normál működését.
