Сон может зависеть от микробов, а не только от мозга

Фото из открытых источников

Что заставляет нас спать? Ответ может крыться не только в нашем мозге, но и в его сложном взаимодействии с микроорганизмами, размножающимися в нашем кишечнике.

Новое исследование, проведенное в Университете штата Вашингтон, предлагает новую парадигму в понимании сна, демонстрируя, что вещество в сетчатых стенках бактерий, известное как пептидогликан, естественным образом присутствует в мозге мышей и тесно связано с циклом сна.

Эти результаты служат обновлением более широкой гипотезы, которая разрабатывалась в WSU в течение многих лет, — предполагающей, что сон возникает в результате связи между системами регуляции сна организма и множеством микробов, живущих внутри нас.

«Это добавило новое измерение к тому, что мы уже знаем», — сказала Эрика Инглиш из университета WSU, ведущий автор двух недавно опубликованных научных статей, представляющих полученные результаты.

Такое представление о сне как о результате этого «холобионтного состояния» дополняет растущее число доказательств, свидетельствующих о том, что наши кишечные микробиомы играют важную роль в познавательных способностях, аппетите, половом влечении и другой активности. Это представление переворачивает традиционные модели познания, ориентированные на мозг, и имеет значение для нашего понимания эволюции и свободы воли, а также для разработки будущих методов лечения расстройств сна.

Недавние открытия, касающиеся пептидогликана, или ПГ, подтверждают эту гипотезу и указывают на возможную регуляторную роль продуктов клеточной стенки бактерий в процессах сна. Известно, что ПГ способствует засыпанию при инъекциях животным, но до недавнего времени общепринятым считалось, что он не попадает в мозг естественным образом.

Инглиш обнаружил, что ПГ вместе с его рецепторными молекулами, участвующими в передаче сигналов и коммуникации ПГ, присутствует в разных участках мозга, причем его уровни меняются в зависимости от времени суток и лишения сна.

Результаты были опубликованы в журнале Frontiers in Neuroscience; соавтором статьи выступил Джеймс Крюгер, давний исследователь сна из Университета штата Вашингтон и профессор регентства. Инглиш также является ведущим автором недавней статьи, написанной совместно с Крюгером в журнале Sleep Medicine Reviews  в которой предлагается гипотеза «холобионтного состояния» сна.

В этой работе объединены две распространённые точки зрения. Одна из них утверждает, что сон регулируется мозгом и нервной системой. Другая фокусируется на «локальном сне», который рассматривает сон как результат накопления сноподобных состояний в небольших клеточных сетях по всему телу. Такие сноподобные состояния наблюдались в клетках in vitro, что известно как модель «сна в чашке Петри».

По мере того, как эти небольшие участки сна накапливаются, подобно тому, как в доме выключается свет, организм переходит от бодрствования ко сну.

Новая гипотеза объединяет эти теории, предполагая, что сон является результатом взаимодействия между организмом и населяющими его микроорганизмами — двумя автономными системами, которые взаимодействуют и перекрываются.

«Это не одно из двух, а оба. Они должны работать вместе», — сказала Инглиш. «Сон — это действительно процесс. Он происходит с разной скоростью на разных уровнях клеточной и тканевой организации, и это достигается благодаря тщательной координации».

Связи между микробиомом и поведением выявляются по нескольким направлениям, указывая на то, что микроорганизмы, образующиеся в кишечнике, играют важную роль в когнитивных процессах и фундаментальных моделях поведения человека. Эта работа переворачивает традиционный взгляд на неврологию человека, предполагая, что она не полностью подчиняется принципу «сверху вниз», то есть является результатом принятия решений в мозге, а «снизу вверх», то есть управляется крошечными организмами, чья эволюция сформировала животных как хозяев и чьи потребности влияют на действия и когнитивные способности хозяев.

«Внутри нас живёт целое сообщество микробов. Эти микробы имеют гораздо более долгую эволюционную историю, чем любое млекопитающее, птица или насекомое — гораздо более долгую, на миллиарды лет дольше», — сказал Крюгер. «Мы полагаем, что эволюция сна началась много веков назад с цикла активности/бездействия бактерий, и молекулы, которые управляли этим циклом, связаны с теми, которые управляют когнитивными функциями сегодня».

Работа Инглиш расширяет известные связи между бактериями и сном, включая тот факт, что режим сна влияет на функцию микробиома кишечника и что бактериальные инфекции заставляют людей спать больше.

Новые результаты исследований позволяют глубже изучить вопросы, которые Инглиш с нетерпением ждет.

«Теперь, когда мир осознал, насколько важны микробы не только для болезней, но и для здоровья, настало очень интересное время начать расширять наше понимание того, как мы общаемся с нашими микробами и как наши микробы общаются с нами», — сказала она.