Александр Марков - Перспективы отбора. От зеленых пеночек и бессмысленного усложнения до голых землекопов и мутирующего человечества

Симбиотическая микробиота, в том числе кишечная, влияет на многие аспекты физиологии, поведения и эволюции животных. Состав кишечной микробиоты частично наследуется (например, у млекопитающих бактерии передаются от матери к детям во время родов и при грудном вскармливании), а частично зависит от контактов с другими особями и, конечно, от диеты.

Также известно, что диета матери может влиять на неврологические и поведенческие характеристики потомства. В частности, у людей вероятность расстройств аутистического спектра повышается в полтора-два раза, если мать во время беременности имеет избыточный вес ( Krakowiak et al., 2012). Ранее было показано, что у мышей некоторые симптомы, характерные для аутизма (тревожность, стереотипные движения), можно ослабить, добавляя в пищу кишечную бактерию Bacteroides fragilis. Впрочем, на социальное поведение мышей и их интерес к общению с сородичами эта процедура не влияет ( Hsiao et al., 2013). Но так или иначе, позволительно предположить, что связь между ожирением матери и аутизмом у потомства опосредуется изменениями кишечной микробиоты.

Нейробиологи и микробиологи из Медицинского колледжа Бейлора (США) решили проверить эту гипотезу экспериментально. Поскольку на людях проводить такие опыты невозможно, в качестве модельного объекта снова были выбраны мыши. Основное внимание уделялось нарушениям социального поведения ( Buffington et al., 2016).

Для начала нужно было удостовериться, что у мышей, как и (предположительно) у людей, работает цепочка причинно-следственных связей «избыточное питание матери → ожирение → аутизм у потомства». Для этого самок разделили на контрольную и опытную группы. Контрольных самок держали на стандартной диете, а опытных — на диете с повышенным содержанием жиров, что, как и ожидалось, привело к ожирению.

Затем от всех самок было получено потомство, которое после трехнедельного периода грудного вскармливания в течение четырех недель кормили стандартной (нежирной) пищей. Потомство толстых матерей не отличалось от потомства нормальных матерей по массе тела. Однако по своему социальному поведению они различались радикально: потомки перекормленных матерей демонстрировали резко пониженный интерес к общению по сравнению с потомками нормально питавшихся матерей (рис. 22.1).

Социальное поведение оценивалось разными способами: например, двух незнакомых мышей сажали в камеру и подсчитывали число и длительность контактов. Дизайн другого теста показан на рис. 22.2.

Потомки перекормленных матерей во всех тестах продемонстрировали нарушенное социальное поведение: они не хотели общаться с сородичами и не проявляли характерного для нормальных мышей повышенного интереса к незнакомцам (рис. 22.2).

рис. 22.1.Графическое резюме исследования, продемонстрировавшего влияние кишечных бактерий на социальное поведение мышей. Потомство матерей, питавшихся жирной пищей, имеет измененную кишечную микробиоту (дисбиоз), нарушенное социальное поведение, меньшее число производящих окситоцин нейронов в гипоталамусе (PVN — паравентрикулярное ядро гипоталамуса), а также пониженную синаптическую пластичность в вентральной области покрышки среднего мозга (VTA) в ответ на социальные стимулы. Все это проходит, если искусственно заразить мышей кишечными бактериями Lactobacillus reuteri. По рисунку из Buffington et al., 2016 .

рис. 22.2.Тестирование на социабельность и интерес к незнакомцам. Тестируемую мышь сажают в камеру, подразделенную на три отсека проволочной сеткой, и дают немного освоиться (привыкание). Затем в левый отсек сажают другую мышь ( M 1 ), а правый оставляют пустым ( П ) — и измеряют время, проведенное тестируемым животным около каждого из двух отсеков (тест на социабельность). После этого в правый отсек сажают еще одну мышь ( M 2 ) и смотрят, привлечет ли незнакомка повышенное внимание тестируемой особи (тест на социальную новизну). По рисунку из Buffington et al., 2016 .

Анализ микробиоты показал, что структура бактериальных сообществ в кишечнике потомков перекормленных и нормально питавшихся матерей существенно различается, причем у их матерей эти различия примерно такие же. Теперь нужно было выяснить, существует ли связь между измененной кишечной микробиотой и нарушенным социальным поведением.

Мыши практикуют копрофагию, поэтому совместное проживание с другими мышами должно способствовать обмену кишечными бактериями между особями. Оказалось, что если мышонок толстой матери поживет в одном боксе с тремя нормальными мышами 4–5 недель, то его кишечная микробиота становится почти такой же, как у обычных мышей, а социальное поведение полностью нормализуется. В качестве контроля в данном случае использовались потомки перекормленных матерей, жившие с тремя товарищами по несчастью (эти мышата так и остались социально ущербными). Таким образом, результат согласуется с предположением о том, что изменение кишечной микробиоты служит причиной нарушенного социального поведения.

Следующий вопрос — какие именно изменения микробиоты ответственны за асоциальность потомства перекормленных матерей. Может быть, у них в кишечнике живут какие-то особые бактерии, нарушающие социальное поведение? Или, наоборот, у них не хватает каких-то микроорганизмов, обеспечивающих нормальное поведение здоровых мышей? Ученые проверили, что будет, если три потомка перекормленных матерей поживут несколько недель с одной нормальной мышью. Оказалось, что и в этом случае их поведение нормализуется, а нормальная мышь асоциальной не становится. Значит, дело скорее в том, что в микробиоте асоциальных мышей чего-то не хватает, а не в том, что в ней присутствует что-то вредное.

Тогда мыши, полностью лишенные бактериальной микробиоты (безмикробные), тоже должны быть асоциальными. Это было проверено и подтвердилось: безмикробные мыши показали во всех тестах на социальность примерно такие же результаты, как и потомки перекормленных матерей.

Каким образом кишечные микробы влияют на поведение? Может быть, у мышей с нарушенной микробиотой просто все время болит живот и поэтому им не до общения? Дальнейшие опыты, однако, показали нечто более интересное.