توصل علماء أمريكيون إلى أن بكتيريا الأمعاء تؤثر مباشرة في الدماغ وسلوك الإنسان، وقد تكون الدرب الذي من خلاله تعالَج أمراض الزهايمر والاكتئاب. دراسات ما زالت في بداياتها، ولكنها الأولى من نوعها التي وصلت بين هذه الجراثيم – أو الميكروبيوم – والسلوك البشري مباشرةً.
والميكروبيوم هو مجموع الميكروبات المتعايشة مع إنسان أو حيوان، ويعيش على جسمها أو في داخل أمعائها. يشترك مع الإنسان في عملية التمثيل الغذائي ويؤثر فيه تأثيراً مباشراً.
اقرأ أيضاً
لم يصدق العلماء بدايةً أن بكتيريا الأمعاء تؤثر مباشرة في الدماغ
في عام 2014، كان البروفيسور جون كرين، الأستاذ بجامعة كوليدج كورك بأيرلندا، يحضر اجتماعاً في كاليفورنيا حول مرض الزهايمر.
وقتها لم يكن خبيراً في المرض العقلي، بل كان يدرس الميكروبيوم، المجتمع الذي يتكون من تريليونات الميكروبات التي تعيش في جسم الإنسان السليم.
كان الدكتور كرين وغيره من العلماء بدأوا بإيجاد أدلة تُشير إلى أن تلك الميكروبات قد تؤثر في الدماغ والسلوك.
وقتها أيضاً، قال للعلماء المجتمعين إنه ربما يكون لتلك الميكروبات دورٌ في تطور مرض الزهايمر.
لم تُستقبل الفكرة جيداً. يتذكر د. كرين الموقف، قائلاً: "لم أُلقِ خطاباً من قبلُ على هذا القدر من الأشخاص الذين لا يُصدقون ما أقوله".
لكن الكثير قد تغير منذ ذلك الوقت: استمر العلماء في اكتشاف روابط مذهلةٍ بين الميكروبيوم والدماغ.
يجد العلماء أدلةً على أن الميكروبيوم ربما يؤدي دوراً، ليس فقط في مرض الزهايمر، ولكن في متلازمة باركنسون، والاكتئاب، والشيزوفرينيا، والتوحد، وغيرها من الحالات.
اقرأ أيضاً
بالنسبة لبعض علماء الأعصاب، غيرت الدراسات تفكيرهم حول الدماغ
واحدٌ من المشككين فيما طُرح باجتماع الزهايمر كان سانغرام سيسوديا، عالم الأعصاب في جامعة شيكاغو.
لم يقتنع د. سيسوديا بكلام د. كرين، لكنه قرر في وقتٍ لاحقٍ أن يضع الفكرة أمام اختبارٍ بسيطٍ.
يقول د. سيسوديا: "كان الأمر من باب التسلية فقط، لم يكن لدينا أدنى فكرةٍ عما سيؤول إليه الأمر".
أعطى هو وزملاؤه مضاداتٍ حيوية لفئرانٍ لديها ميلٌ إلى الإصابة بمرض الزهايمر، بهدف قتل أكبر قدرٍ ممكنٍ من بكتيريا الأمعاء لدى تلك الفئران.
لاحقاً، عندما أجرى العلماء تحقيقاً بأدمغة الفئران وجدوا تراجعاً ملحوظاً في نسب كُتل البروتين المرتبطة بالمرض العقلي.
إحداث خللٍ بسيطٍ في الميكروبيوم كان كافياً لخلق ذلك التأثير.
حتى إن الفئران الشابة التي أُعطيت المضادات الحيوية مدة أسبوعٍ كانت لديها كتلٌ بروتينيةٌ أقل في أدمغتها عندما كبرت.
كان الأمر أشبه باكتشاف في الفضاء
يقول د. سيسوديا لصحيفة The New York Times: "لم أتخيل أن تكون النتائج صادمةً هكذا. بالنسبة لشخصٍ لديه خلفيةٌ عن البيولوجيا الجُزيئية وعلم الأعصاب فهذا يُشبه الذهاب إلى الفضاء الخارجي".
وباتباع سلسلةٍ من التجارب المشابهة، بات يظن الآن أن أصنافاً معينةً من بكتيريا الأمعاء -وربما صنفٌ واحدٌ تحديداً- له تأثيره على دورة مرض الزهايمر، ربما عن طريق إطلاق مواد كيميائيةٍ تؤثر في طريقة عمل الخلايا المناعية بالدماغ.
وحتى الآن لم يتمكن من إيجاد ذلك النوع من الميكروبات، فضلاً عن إيجاد تلك المواد الكيميائية. لكنه يقول: "توجد بعض الأشياء هناك بالداخل، وعلينا معرفة ماهيتها".
Gut microbiome and brain functional connectivity in infants-a preliminary study focusing on the amygdala – Just out in Psychopharmacology https://t.co/7F6hBCapF2 pic.twitter.com/04eSHV2XnB
— John F. Cryan (@jfcryan) January 12, 2019
"اعتُبر الأمر جنوناً".. فما علاقتها بالدماغ؟
لطالما عرف العلماء أن الميكروبيوم يعيش داخلنا. عام 1683 وضع العالم الهولندي أنتوني فان ليفينهوك عينةً من الترسبات من فوق أسنانه تحت المجهر، ووجد مخلوقاتٍ صغيرة تسبح فيه.
لكن الميكروبيوم استعصى على الاستكشاف العلمي، ويم يشك العلماء أن جراثيم الأمعاء تؤثر مباشرة في الدماغ للحظة.
ولأجيالٍ اكتفى علماء الميكروبيولوجي بدراسة الأنواع التي استطاعوا استزراعها في المعمل.
لكن معظم سكاننا الداخليين لا يُمكنهم النجاة في الأطباق البترية.
غير أن علم الميكروبيوم قفز قفزةً مذهلةً إلى الأمام في أوائل الألفية الجديدة، حين اكتشف العلماء كيفية ترتيب الحمض النووي من تلك الميكروبات.
استخدم العلماء فوراً تلك التقنية الجديدة لاختبار تأثير الميكروبيوم على أجزاء من أجسامنا تعج بالبكتيريا، كالأمعاء والجلد.
قليلٌ منهم أولى الدماغ اهتماماً، إذ لم يبدُ هناك مغزىً من ذلك.
فالدماغ محميٌّ من كل شيء خلف سور دموي
الدماغ محميٌّ من الغزو الميكروبي بما يُسمى الحاجز الدموي الدماغي، ذلك الحاجز الذي لا تمر منه بالعادة إلا الجزيئات الصغيرة.
ويقول روب نايت، عالم الميكروبيولوجي بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو: "حتى عام 2011، كان البحث عن ارتباطٍ بين الميكروبيوم والسلوك ضرباً من الجنون".
كان روب وزملاؤه قد اكتشفوا بعض أول الأدلة على تلك الروابط.
لكن السر كان في البراز من اللحظة الأولى
أخذ المحققون عيناتٍ من براز فئرانٍ لديها طفرةٌ جينيةٌ تجعلها تأكل بكثرةٍ وتكسب وزناً.
ثم زرعوا تلك العينات في فئرانٍ مُرباةٍ ببيئةٍ خاليةٍ من البكتيريا، فئران لا تملك ميكروبيوم في أمعائها إطلاقاً منذ ولادتها.
بعد تلقيها ما يُسمى زرع البراز، بدأت الفئران الخالية من الميكروبات تشعر بالجوع وتكسب الوزن.
تغيُّر العادات الغذائية ليس الشيء الوحيد الذي يُسببه الميكروبيوم في الدماغ، كما تبين.
Love this from @beatricebiology Never alone with your #microbiome pic.twitter.com/VKBZK4SjVn
— World Microbiome Day (@WMicrobiomeDay) January 27, 2019
غياب الميكروبيوم كان يتزامن مع الوحدة والانعزال
على سبيل المثال، وجد د. كرين وزملاؤه أن الفئران التي لا تملك ميكروبيوم تميل إلى الوحدة، وتُفضل أن تبقى بعيدةً عن زملائها القوارض.
في نهاية المطاف، اكتشف العلماء تغييراتٍ في أدمغة تلك الفئران غير الاجتماعية.
إحدى مناطق الدماغ المهمة في معالجة المشاعر الاجتماعية هي اللوزة الدماغية.
وفي الفئران الخالية من الجراثيم، تكون الأعصاب باللوزة الدماغية مجموعاتٍ غير تقليديةٍ من البروتينات، تُغير روابط الاتصال التي تربطها بالخلايا الأخرى.
دراسة ميكروبيوم الجسم البشري أوصلت كذلك لأنماطٍ مفاجئةٍ
كان لدى الأطفال المصابين بالتوحد أنماط غير تقليديةٍ من أنواع الميكروبات في برازهم.
كما رُصدت اختلافاتٌ في بكتيريا الأمعاء عند المصابين بأمراضٍ دماغيةٍ أخرى.
لكن أياً من تلك الصلات لا يُثبت وجود علاقةٍ سببيةٍ.
إيجاد ميكروبيوم غير تقليديٍّ في أمعاء المصابين بالزهايمر لا يعني أن البكتيريا تُسبب المرض.
قد يكون الأمر بالعكس: المصابون بالزهايمر مثلاً يُغيرون عاداتهم الغذائية غالباً، وذلك التغيير قد يصب في مصلحة أنواعٍ مختلفةٍ من ميكروبات الأمعاء.
قد تساعد عملية زرع البراز في توضيح تلك الصلات.
زرع البراز أدى إلى نقل سلوكيات معينة من كائن إلى آخر
في أبحاثه عن الزهايمر، نقل د. سيسوديا وزملاؤه البراز من فئرانٍ عاديةٍ إلى فئرانٍ عالجوها بالمضادات الحيوية.
وما إن استعادت ميكروبيومها حتى بدأت الفئران المعالجة بالمضادات الحيوية بإنتاج كتلٍ بروتينيةٍ من جديدٍ.
وقال: "نحن متأكدون للغاية من أن البكتيريا هي من تُسبب ذلك".
وقد قام علماء آخرون بأخذ التجربة لأبعد من ذلك، ونفذوا عمليات زرع برازٍ بشريةٍ.
لو أنك أمسكت فأراً من ذيله، فإنه عادةً سيقوم بالمقاومة، باذلاً جهده للفرار.
لو أنك زرعت به عينة برازٍ من إنسانٍ مصابٍ باكتئابٍ شديدٍ، فإنك تحصل على نتائج مختلفةٍ تماماً: يستسلم الفأر في وقتٍ أبكر، ويظل معلَّقاً دون حراكٍ.
وبقدر ما يمكن أن يكون هذا البحث مثيراً للاهتمام، فإن به قصوراً كبيراً.
لأن الباحثين ينقلون المئات من فصائل البكتيريا في الوقت عينه؛ ومن ثم لا يمكن أن تكشف التجارب أي نوعٍ بالتحديد هو المسؤول عن تغيرات الدماغ.
والآن يحدد الباحثون أنواعاً بعينها يبدو أن لها تأثيراً.
الحِمية الغذائية تؤثر في سلوك الفئران مع غيرها
ولدراسة التوحد، حقق د. ماورو كوستا ماتيولي وزملاؤه في كلية طب بايلور بهيوستن في أنواعٍ مختلفةٍ من الفئران، كلٌّ منها يُظهر بعض عوارض التوحد.
بإمكان مثلاً طفرة في جينٍ اسمه SHANK3، أن تجعل الفئران تعمل بشكلٍ متكررٍ وتتجنب التواصل مع الفئران الأخرى.
في سلالةٍ أخرى من الفئران، وجد د. كوستا ماتيولي أن تغذية الأمهات بطعامٍ غنيٍّ بالدهون يجعل من الأرجح أن تتصرف مواليدها بهذا الشكل.
وحين حقق الباحثون بميكروبيوم تلك الفئران، وجدوا أنها تفتقد نوعاً شائعاً من البكتيريا يُسمى لاكتوباسيليوس ريوتري.
وحين أضافوا سلالاتٍ من تلك البكتيريا إلى نظام الفئران الغذائي، عادت لكونها اجتماعيةً مرةً أخرى.
فبكتيريا الأمعاء ترسل إشارات إلى الدماغ ليعزز هرموناً معيناً
وجد د. كوستا ماتيولي أدلةً على أن تلك البكتيريا تُطلق مركباتٍ تُرسل إشارةً للنهايات العصبية في الأمعاء.
يقوم العصب الحائر بإرسال تلك الإشارات من الأمعاء إلى الدماغ، حيث تُحفز إنتاج هرمونٍ يُسمى أوكسيتوسين، الذي بدوره يُعزز الروابط الاجتماعية.
تُرسل أنواع الميكروبات الأخرى إشاراتٍ عبر العصب الحائر كما تبين.
كما أن أنواعاً أخرى من البكتيريا تنقل إشاراتها إلى المخ من خلال مجرى الدم.
هذا التواصل يبدأ بعد الولادة ومن خلال الرضاعة
من المرجح أن ذلك التأثير يبدأ قبل الولادة، عندما يعمل ميكروبيوم الأم على إرسال جزيئاتٍ تجد طريقها إلى دماغ الجنين.
وتزرع الأم ميكروبيومها بجنينها في أثناء الولادة ومن خلال الرضاعة الطبيعية. وخلال السنوات القليلة الأولى من حياته، ينضج المخ والميكروبيوم بسرعةٍ.
ولفهم تأثير الميكروبيوم في تطور الدماغ، تدرس ريبيكا نيكماير، عالمة الأعصاب بجامعة ولاية ميتشيغان الأمريكية، صور الرنين المغناطيسي الوظيفي للأجنة.
بدراستها الأولى المنشورة في يناير/كانون الثاني 2019، ركزت على اللوزة الدماغية.
واللوزة الدماغية هي المنطقة المسؤولة عن معالجة المشاعر في الدماغ، والتي وجد د. كرين وغيره أنها تتغير عند الفئران الخالية من الجراثيم.
قامت د. نيكماير وزملاؤها بقياس قوة الرابط بين اللوزة الدماغية أو Amygdala ومناطق الدماغ الأخرى.
ووجد العلماء لدى الأطفال ذوي التنوع المنخفض في أنواع بكتيريا الأمعاء روابط أقوى من غيرهم.
هل يعني هذا أن التنوع البيولوجي الضعيف يجعل الأطفال أكثر خوفاً من الآخرين؟
ليس من الممكن قول ذلك حتى الآن، لكن د. نيكماير تأمل أن تكتشف ذلك بإجراء مزيد من الدراسات على الأطفال.
بينما يفهم الباحثون أكثر كيف يؤثر الميكروبيوم في الدماغ، يأملون أن يتمكن الأطباء من استخدامه لعلاج الأمراض النفسية والعصبية.
من الوارد أنهم كانوا يفعلون ذلك لوقتٍ طويلٍ دون أن يعلموا.
في أوائل القرن الماضي، وجد علماء الأعصاب أن وضع مرضى الصرع على نظامٍ غذائيٍّ منخفض الكربوهيدرات، ومرتفع البروتين والدهون يؤدي أحياناً إلى التقليل من النوبات التي تُصيبهم.
وحصلت الفئران المصابة بالصرع على الوقاية نفسها، بما يُعرف بالحِمية الغذائية الكيتوجينية. لكن أحداً لم يتمكن من تفسير الأمر.
الحِمية تؤثر في الميكروبيوم الذي يؤثر بدوره في نوبات الصرع
إلا أن د. إليان هسياو، عالمة الميكروبيولوجي بجامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس، تظن أن الميكروبيوم هو السبب.
ولقياس أهمية الميكروبيوم، قامت د. هسياو وزملاؤها بتربية فئرانٍ في بيئةٍ خاليةٍ من الميكروبات.
وحين جعلوا الفئران الخالية من الميكروبات والمصابة بالصرع تتبع حميةً غذائيةً كيتوجينية، وجدوا أنها لم تكتسب الحماية ضد النوبات.
لكن إن منحوا تلك الفئران برازاً مأخوذاً من فئران تتبع حميةً غذائيةً كيتوجينيةً، فإن النوبات كانت تقل.
وجدت د. هسياو أن نوعين من بكتيريا الأمعاء بالتحديد يزدهران في أمعاء الفئران التي تتبع حميةً كيتوجينيةً.
وربما تزود تلك البكتيريا مضيفها بوحداتٍ بنائيةٍ للنواقل العصبية توقف النشاط الكهربائي في الدماغ.
وقد يتوصل العلماء إلى قرص يؤدي دور هذه الجراثيم
ومن الممكن تصوُّر ألّا يحتاج مرضى الصرع التزام حميةٍ غذائيةٍ كيتوجينيةٍ لنيل فوائدها، فربما يحصلون يوماً ما على قرصٍ دوائيٍّ يحوي البكتيريا التي تعمل في الحمية الغذائية.
تمكن عالِم الميكروبيولوجي بجامعة كالتك، ساركس مازمانيان، وزملاؤه من تحديد فصيلةٍ بعينها من البكتيريا تطلق أعراض مرض باركنسون في الفئران.
وقد أسس شركةً تختبر مركباتٍ تُعيق الإشارات التي ترسلها الميكروبات إلى العصب الحائر.
وحتى ذلك الوقت، يتمهل العلماء في تأكيد الصلة
ويتوجب على د. مازمانيان وغيره من الباحثين إيجاد طريقٍ متوازنٍ بين سبيلين زلقين.
من جهةٍ أثبتت تجاربهم أنها مشجعةٌ بشكلٍ ملحوظٍ، ومن جهةٍ أخرى لا يريد العلماء الإيحاء للمجتمع بأنهم على مشارف إيجاد علاجاتٍ تعتمد على الميكروبيوم لأمراضٍ مثل متلازمة باركنسون.
ليس ذلك هيناً في الوقت الذي يستطيع فيه الناس شراء البروبايوتيك من الصيدلية دون وصفة طبيبٍ، والذي لا تمانع فيه الشركات الاستناد إلى أبحاثٍ أوليةٍ، للترويج لبيع الميكروبات كعلاجٍ لحالاتٍ مثل الاكتئاب وغيره.
وتقول د.هسياو: "يمكن ببساطةٍ خلط العلم بما يفعله العلماء الزائفون".
يأمل د. كوستا ماتيولي أن تساعد بكتيريا إل. ريوتري يوماً ما في علاج المصابين بالتوحد، لكنه يحذر الآباء من معالجة أبنائهم بالبروبايوتك الذي يُباع في المتاجر.
وجد في أبحاثه أن بعض سلالات البكتيريا تبدل سلوك الفئران، لكن بعضها لا يفعل.
والبحث ما زال مستمراً عن أكثر سلالات الجراثيم فاعلية وتأثيراً
ولا يزال د. كوستا ماتيولي وزملاؤه يبحثون عن أكثر السلالات فاعليةً، ويكتشفون الجرعة المناسبة لتجربتها على البشر.
ويقول: "أرغب في الانتقال إلى التجارب السريرية بأفضل سلاحٍ، ولست متأكداً أننا نملكه".
وتحذر د. كاتارزينا بي هوكس، عالمة البيولوجيا الحوسبية بجامعة بوردو في فرنسا، من أن دراساتٍ مثل التي يُجريها د. كوستا ماتيولي ما زالت غير تقليديةٍ.
معظم تلك النتائج جاءت من أبحاثٍ تتضمن عمليات زرع برازٍ أو من تجارب على فئرانٍ خاليةٍ من البكتيريا، وفي تلك الحالات يكون من الصعب جداً تحديد أسباب تغير السلوك.
وتقول: "لقد وجدنا حدود الصورة، ونحاول الآن إدراك ماهيتها".