Due recenti pubblicazioni hanno dimostrato che, durante un periodo critico dello sviluppo cerebrale, il microbioma dell’intestino – l’assortimento di batteri che crescono al suo interno – contribuisce a plasmare il sistema cerebrale relativamente alle abilità sociali. Gli scienziati hanno riscontrato questa influenza nei pesci, ma le prove molecolari e neurologiche suggeriscono plausibilmente che una qualche forma di questa influenza potrebbe verificarsi anche nei mammiferi, compresi gli esseri umani.
In un articolo pubblicato all’inizio di novembre su PLOS Biology, i ricercatori hanno scoperto che i pesci zebra cresciuti senza microbioma intestinale erano molto meno socievoli dei loro coetanei con colon colonizzato da batteri, e la struttura del loro cervello rifletteva questa differenza. In un articolo correlato pubblicato su BMC Genomics a fine settembre, hanno descritto le caratteristiche molecolari di neuroni influenzati dai batteri intestinali. Gli equivalenti di questi neuroni appaiono nei roditori e gli scienziati possono ora cercarli in altre specie, compresi gli esseri umani.
Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno capito che l’intestino e il cervello hanno potenti influenze reciproche. Alcuni tipi di ulcere intestinali, ad esempio, sono stati collegati al peggioramento dei sintomi nelle persone affette da Parkinson. Inoltre, i medici sanno da tempo che i disturbi gastrointestinali sono più comuni nelle persone che presentano anche disturbi del neurosviluppo, come l’ADHD e il disturbo dello spettro autistico.
Il cervello ha un impatto sull’intestino, ma funziona anche viceversa
“Non solo il cervello ha un impatto sull’intestino, ma anche l’intestino può influenzare profondamente il cervello“, ha dichiarato Kara Margolis, gastroenterologa pediatrica presso il Langone Health della New York University, che non è stata coinvolta nella nuova ricerca. Come questi organi anatomicamente separati esercitino i loro effetti, tuttavia, è molto meno chiaro.
Philip Washbourne, biologo molecolare dell’Università dell’Oregon e uno dei principali coautori dei nuovi studi, studia da oltre due decenni i geni implicati nell’autismo e nello sviluppo dei comportamenti sociali. Ma lui e il suo laboratorio erano alla ricerca di un nuovo organismo modello, che mostrasse il comportamento sociale ma che fosse più rapido e facile da allevare rispetto ai topi. “Possiamo farlo nei pesci?”, ricorda di aver pensato, e poi: “Cerchiamo di essere molto quantitativi e vediamo se riusciamo a misurare quanto diventano amichevoli i pesci”. I pesci zebra, che sono anche ampiamente utilizzati nella ricerca genetica, si riproducono rapidamente e sono naturalmente socievoli. Dopo aver compiuto due settimane di vita, iniziano a riunirsi in branchi da quattro a dodici pesci. Inoltre, sono trasparenti fino all’età adulta, il che consente ai ricercatori di osservare il loro sviluppo interno senza doverli sezionare – un’impresa quasi impossibile nei modelli di mammifero, come i topi.
Il team ha iniziato a fare esperimenti con embrioni di pesci zebra “privi di batteri” intestinali. Dopo che i piccoli pesci si sono schiusi, i ricercatori hanno immediatamente inoculato, ad alcuni di loro, un mix di batteri intestinali. Ma hanno aspettato una settimana intera prima di inoculare il corredo batterico agli altri pesci. Questo è stato fatto per poter confrontare i comportamenti dei pesci con bioma intestinale e quelli senza. I pesci che erano stati inoculati alla nascita hanno iniziato a muoversi in mare proprio come previsto, all’incirca a 15 giorni di vita. Ma quando è arrivato il momento per i pesci senza microbiota di iniziare, “sorprendentemente, non l’hanno fatto”, ha detto Judith Eisen, neuroscienziata dell’Università dell’Oregon e coautrice della nuova ricerca. Anche se ai pesci erano stati somministrati microbi intestinali in modo retroattivo, non raggiungevano gli stessi traguardi di sviluppo sociale dei loro coetanei.
Quando Eisen, Washbourne e il gruppo di ricerca hanno esaminato il cervello dei pesci, hanno scoperto evidenti differenze strutturali. Nei pesci che avevano trascorso la prima settimana di vita senza microbioma, uno specifico gruppo di neuroni del prosencefalo, che influenzano il comportamento sociale, mostrava più interconnessioni. Il gruppo aveva anche un numero significativamente inferiore di microglia, le cellule immunitarie neurali responsabili della pulizia dei detriti nel cervello. “Questi sono cambiamenti importanti nel sistema nervoso”, ha detto Eisen.
No microbioma, no party
Nell’illustrazione estratta dallo studio in oggetto, le linee tracciano i percorsi dei pesci zebra che nuotano in una speciale vasca sperimentale. I pesci cresciuti con un microbioma normale hanno trascorso la maggior parte del tempo vicino a un divisorio trasparente per stare vicino ai pesci dell’altro lato. I pesci privi di microbioma per la prima settimana erano meno socievoli e nuotavano in modo più casuale. Il team ha ipotizzato che un microbioma intestinale sano consenta in qualche modo alle microglia di prosperare nel cervello dei pesci zebra. In alcuni periodi critici dello sviluppo, le microglia agiscono come manutentori, potando le “braccia” ramificate dei neuroni. Senza microglia che a tagliarli, i neuroni sociali dei pesci senza microbioma si sono aggrovigliati e sono cresciuti a mo’ di rovo non curato.
Non è chiaro come i microbi intestinali inviino segnali al cervello in via di sviluppo dei pesci per produrre questi effetti. I batteri rilasciano una serie impressionante di sostanze chimiche e qualsiasi composto, sufficientemente piccolo, potrebbe teoricamente attraversare la barriera emato-encefalica (che ha la funzione di protezione del tessuto cerebrale dagli elementi nocivi presenti nel sangue). Ma è anche possibile che le cellule immunitarie che si muovono tra l’intestino e il cervello portino con sé molecole di segnale, o che alcuni segnali risalgano dall’intestino lungo il nervo vago.
Meccanismi simili potrebbero essere in gioco nello sviluppo sociale di altri vertebrati, compresi gli esseri umani. Il raggruppamento sociale è una strategia di sopravvivenza comune a tutto il regno animale ed è uno dei comportamenti che si è conservato maggiormente nel corso dell’evoluzione, Infatti, Washbourne ed Eisen avevano già identificato neuroni sociali quasi identici nei topi. “Se si possono trovare gli stessi tipi di cellule tra un pesce e un topo, probabilmente si possono trovare gli stessi tipi di cellule nell’uomo”, ha detto Washbourne.
