Anneden Gelen Mikroplar, Fetüsün Beyin Gelişimini Destekliyor!

Bağırsak mikrobiyotası, yani bağırsaktaki mikroorganizma popülasyonu, yaşam boyu sağlık için büyük önem taşır. Hayvanlar üzerinde yapılan pek çok çalışma göstermiştir ki bağırsak mikrobiyotası çevresel stres etkenleri karşısında düzgün bir fetal gelişimin sağlanmasında kilit bir role sahiptir. Buna karşın anne mikrobiyotasının bu stres etkenlerinin yokluğunda embriyo gelişimine nasıl katkıda bulunabileceği hakkında çok az şey biliniyor.

Vuong ve arkadaşlarının Nature’da yayınlanan çalışmasına göre; gebe farelerde, anne bağırsağındaki bazı bakterilerin metabolizmaları sonucu oluşan yan ürünler fetüsteki belli duyusal yolakların nöral gelişimini etkileyerek yavruda kalıcı davranışsal değişikliklere sebep oluyor.^[1]

Geçtiğimiz on yılda yapılan çalışmalar bağırsak mikrobiyotasının merkezi sinir sistemi gelişiminde ve sonradan oluşan davranışlarında dikkate değer etkileri olduğunu ortaya koydu. Farelerde annelerin bağırsak mikrobiyotası, maternal inflamasyon (İng. maternal inflammation) sonrasında normal fetal gelişimin sağlanabilmesi için gereklidir ve yüksek yağlı beslenme sonucunda mikrobiyotada oluşan değişikliklerin yavruda nörodavranışsal anormalliklere yol açtığı görülmüştür. Yine de anne mikrobiyotasının etkileri sadece gebelik süreciyle mi sınırlıdır, yoksa mikroorganizmaların anneden yavruya geçmesi sonucu doğumdan sonra da devam eder mi bilinmiyor.

Vuong ve çalışma arkadaşları, anne mikrobiyotasının stressiz şartlar altında doğum sonrası gelişimdeki rolüne ışık tutuyor. Yazılan rapora göre gebe farelerden mikropsuz (steril koşullarda yaşayıp mikrobiyotası olmayan hayvanlar) olanlar veya antibiyotik tedavisi ile mikrobiyotadan arındırılmış olanların embriyoları, normal mikrobiyotaya sahip annelerin embriyolarından farklıydı. Beyin yapısındaki bu farklılıklar göreceli olarak duyuların işlenmesinde yer alan devrelere özeldi: Mikrobiyotasız annelerde, gebeliğin orta dönemlerinde bulunan embriyoların talamus ile korteksini birbirine bağlayan nöral uzantılar (aksonlar) daha kısa ve küçük olup internal kapsüldeki akson kümeleri normal ortamda gelişen embriyolarınkinden daha inceydi. Yazarlar ayrıca iki embriyonun beyin hücrelerinde akson oluşumunda görevli genlerin okunmasında önemli farklılıklar olduğunu gözlemledi.

Nature

Talamus, çevreden gelen motor ve duyusal bilgileri korteksteki doğru hedeflere yönlendirerek beyinde bir ana “aktarma istasyonu” görevi üstlenir; böylece uygun davranışsal yanıtlar üretilebilir. Embriyonik gelişim esnasındaki hücre göçleriyle oluşan talamus-korteks uzantıları; korteksteki işitsel, görsel, somatosensörel (acı ve basınç gibi duyuların algılanmasıyla ilgili) ve motor yanıtlarda rol alan bağlantıları oluşturur. Vuong ve arkadaşları, gözlenen etkilerin anne mikrobiyotasının eksikliğinden kaynaklanıp kaynaklanmadığını belirleyebilmek için embriyo nöronlarını alıp kültür ortamında inceledi. Sonuçta mikrobiyotasız annelere ait embriyoların nöronlarının bulunduğu ortama sağlam mikrobiyotalı annelerin embriyolarından alınan büyüme faktörleri eklendiğinde, büyüme süreci sekteye uğramış nöral aksonların düzeltilemediği görüldü.

Vuong ve arkadaşları mikrobiyotanın talamus-korteks bağlantısının gelişimindeki gerekliliği gördüklerinde, bu hasarlı talamus-korteks nöroanatomisinin yavrudaki etkilerinin kalıcı olup olmadığını araştırdılar. Bunun için antibiyotik verilmiş annenin yavrusunu yetişkinlik döneminde bir dizi davranışsal teste tabi tutarak duyu-motor hasarları tespit etmeye çalıştılar. Gördüler ki, normal annelerden doğan farelere kıyasla mikrobiyotasız annelerden doğan fareler ısı, ses ve basınca tepki vermede yetersiz kalıyordu. Bununla birlikte görsel veya motor-koordinasyon testlerinde bir soruna rastlamadılar.

Yavrudaki sinirsel ve davranışsal gelişime yardımcı olan bakteriyi tespit edebilmek için, Vuong ve arkadaşları bir takım deneyler yaptı. Bu deneylerde önceden mikropsuz olan farelere bazı bakteri grupları enjekte edildi. Spor oluşturan Clostridium türü bakteriler kullanıldığında yavrunun beyin ve davranışsal gelişiminde sorun görülmedi, böylece sinir gelişimine yardımcı olan bakterinin bu tür olduğu anlaşılmış oldu.

Bağırsaktaki mikroplarla beyin arasındaki bağlantıya dair güçlü kanıtlar olsa da, altta yatan mekanizmayı çözmek zorlayıcı olabilir. Bu iki alan arasındaki olası aktarım yollarından biri de mikropların metabolik ürünlerinin kan yoluna emilmesi. Gebelik sırasında bu metabolik ürünler, anne dolaşımındaki diğer besin maddeleriyle beraber plasenta yoluyla fetüse geçer. Vuong ve arkadaşlarının tahminine göre bu metabolik ürünlerin kaynağı anne mikrobiyotası olabilir. Ekip, keşifsel metabolomik (İng. discovery metabolomics) denen bir yaklaşımla anne mikrobiyotasının anne dolaşımı ve fetüsün beyin dokusunda bulunan çoğu metabolik ürünün miktarını etkilediğini gördü.

MikrobiyoTa kaynaklı metabolik ürünleri inceleyen Vuong ve ekibi in vitro ortamda akson gelişiminde mikrobiyota eksikliğinin olumsuz etkilerinin anneden bazı metabolik ürünlerin takviye edilmesi yoluyla telafi edilebileceğini keşfetti. Çarpıcı bir şekilde, böyle bir takviyenin mikrobiyotasız gebe farelerin yavrularında da davranışsal yetersizliklerin ortaya çıkmasını engellediği görüldü.

Bu çalışma bağırsak mikrobiyotasının beyin gelişimindeki rolü üzerine olan araştırmalara katkı sağlamasının yanında gelecek çalışmalara da kapı açıyor. Bu mikrobiyota kaynaklı metabolik ürünlerin nöron gelişimini nasıl etkilediği şimdilik hala bilinmiyor. Aynı şekilde görülen etkilerin neden özellikle talamus-korteks duyu aktarımı bölgesindeki ısı, ses ve basınç bilgisini ileten nöronlarda ortaya çıktığı da tam olarak anlaşılmış değil. Daha sonraki araştırmalar bu olayın arkasındaki moleküler mekanizmalara ışık tutabilir.

Sonuç olarak, her ne kadar bulguları farelere dayansa da bu çalışma gelecekteki tıbbi uygulamalarda insan sağlığını ilgilendirebilir. Anne mikrobiyotası ve fetüse ulaşan metabolik ürünlerin bileşimini anlamak klinik müdahalelerin geliştirilmesinde olası bir kapı açıyor. Bu olasılıklardan biri de anneden gelen moleküllerin miktarının belirlenmesi yoluyla anormalliklerin tespiti. Tıpkı nöral tüp hasarı görülebilecek gebeliklerin önlenmesi için folik asit desteği alınması gibi, belli metabolik ürünler takviye edilerek fetüs beyin gelişimi desteklenebiliyorsa, bu bulgular sinir gelişimsel hastalıklarının önlenerek sağlıklı beyin gelişiminin sağlanmasına öncülük ederek muazzam bir etki yaratabilir. Tabi ki bu tip yaklaşımların klinik denemelerine başlanmadan önce daha yapılacak çok iş var. Ama yine de Vuong ve arkadaşlarının çalışmaları, anne mikrobiyotasının normal beyin gelişimine etkilerinin anlaşılmasının temellerini atmış oldu.