Un innovador estudio revela que los cambios en el microbioma intestinal pueden alterar el funcionamiento del cerebro.
Los humanos poseen el mayor tamaño cerebral relativo entre los primates, pero se sabe poco sobre cómo los mamíferos con cerebros más grandes evolucionaron para satisfacer las intensas demandas energéticas necesarias para el crecimiento y mantenimiento cerebral.
Una nueva investigación de la Universidad de Northwestern proporciona los primeros datos empíricos que demuestran el papel directo que juega el microbioma intestinal en la configuración de las diferencias en la forma en que el cerebro funciona entre diferentes especies de primates.
“Nuestro estudio muestra que los microbios están actuando sobre rasgos relevantes para nuestra comprensión de la evolución, y particularmente la evolución de los cerebros humanos”, afirmó Katie Amato, profesora asociada de antropología biológica e investigadora principal del estudio.
El estudio se basa en hallazgos previos del laboratorio de Amato que demostraron que los microbios de los primates con cerebros más grandes, cuando se introdujeron en ratones huéspedes, producían más energía metabólica en el microbioma del huésped, un requisito previo para cerebros más grandes, cuyo desarrollo y funcionamiento son energéticamente costosos. En esta ocasión, los investigadores querían observar el cerebro en sí para ver si los microbios de diferentes primates con diferentes tamaños cerebrales relativos cambiarían la forma en que funcionaban los cerebros de los ratones huéspedes.
Lo que encontraron
En un experimento de laboratorio controlado, los investigadores implantaron microbios intestinales de dos especies de primates con cerebros grandes (humanos y monos ardilla) y una especie de primate con cerebro pequeño (macaco) en ratones libres de microbios.
En un plazo de ocho semanas después de realizar cambios en los microbiomas de los huéspedes, observaron que los cerebros de los ratones con microbios de primates con cerebros pequeños funcionaban de manera diferente a los cerebros de los ratones con microbios de primates con cerebros grandes.
En los ratones con microbios de primates con cerebros grandes, los investigadores encontraron una mayor expresión de genes asociados con la producción de energía y la plasticidad sináptica, el proceso físico del aprendizaje en el cerebro. En los ratones con microbios de primates con cerebros más pequeños, hubo menos expresión de estos procesos.
“Lo que resultó sumamente interesante es que pudimos comparar los datos que teníamos de los cerebros de los ratones huéspedes con datos de los cerebros reales de macacos y humanos, y para nuestra sorpresa, muchos de los patrones que vimos en la expresión génica cerebral de los ratones fueron los mismos patrones que se observaron en los propios primates”, dijo Amato. “En otras palabras, pudimos hacer que los cerebros de los ratones se parecieran a los cerebros de los primates de los que provenían los microbios”.
Otro descubrimiento sorprendente que hicieron los investigadores fue un patrón de expresión génica asociado con el TDAH, la esquizofrenia, el trastorno bipolar y el autismo en los genes de los ratones con los microbios de los primates con cerebros más pequeños.
Si bien existe evidencia que muestra correlaciones entre afecciones como el autismo y la composición del microbioma intestinal, hay una falta de datos que demuestren que los microbios intestinales contribuyen a estas afecciones.
“Este estudio proporciona más evidencia de que los microbios pueden contribuir causalmente a estos trastornos, específicamente, el microbioma intestinal está moldeando la función cerebral durante el desarrollo”, dijo Amato. “Basándonos en nuestros hallazgos, podemos especular que si el cerebro humano se expone a la acción de los ‘microbios incorrectos’, su desarrollo cambiará y veremos síntomas de estos trastornos, es decir, si no se expone a los ‘microbios humanos correctos’ en la primera infancia, su cerebro funcionará de manera diferente y esto puede conducir a síntomas de estas afecciones”.
Implicaciones y próximos pasos
Amato vislumbra implicaciones clínicas para una mayor exploración de los orígenes de algunos trastornos psicológicos y para adoptar una perspectiva evolutiva sobre la forma en que los microbios afectan la fisiología cerebral.
“Es interesante pensar en el desarrollo cerebral en especies e individuos e investigar si podemos observar diferencias transversales e inter-especies en los patrones y descubrir reglas sobre cómo los microbios interactúan con el cerebro, y si esas reglas se pueden traducir al desarrollo también”.
“El microbioma intestinal de los primates induce cambios evolutivamente relevantes en el neurodesarrollo del ratón” fue publicado por los Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America el 5 de enero.
