Wat zorgt ervoor dat we in slaap vallen? Het antwoord ligt misschien niet alleen in onze hersenen, maar ook in hun complexe interactie met de micro-organismen die in onze darmen leven. Nieuw onderzoek van de Washington State University suggereert een nieuw paradigma voor het begrijpen van slaap. Het toont aan dat een stof die voorkomt in de gaasachtige wanden van bacteriën, bekend als peptidoglycan, van nature voorkomt in de hersenen van muizen en nauw verbonden is met de slaapcyclus.

Deze bevindingen dienen om een bredere hypothese te actualiseren die al jaren bij WSU wordt ontwikkeld, namelijk dat slaap ontstaat door communicatie tussen de slaapregulerende systemen van het lichaam en de talloze microben die in ons leven. “Dit heeft een nieuwe dimensie toegevoegd aan onze eerdere bevindingen,” zei Erika English, een promovendus aan WSU en hoofdauteur van twee onlangs gepubliceerde wetenschappelijke artikelen waarin de bevindingen worden gepresenteerd.

Slaap als resultaat van de interactie tussen het lichaam en zijn micro-organismen

De opvatting dat slaap voortkomt uit deze “holobiontoestand” maakt deel uit van een groeiende hoeveelheid bewijsmateriaal dat suggereert dat ons darmmicrobioom een belangrijke rol speelt in cognitie, eetlust, geslachtsdrift en andere activiteiten – een opvatting die traditionele, op de hersenen gerichte modellen van cognitie op zijn kop zet en implicaties heeft voor ons begrip van evolutie en vrije wil, evenals de ontwikkeling van toekomstige behandelingen voor slaapstoornissen.

Recente bevindingen over peptidoglycaan (PG) ondersteunen deze hypothese en suggereren een mogelijke regulerende rol voor bacteriële celwandproducten in slaap. Van PG is bekend dat het de slaap bevordert als het bij dieren wordt geïnjecteerd, maar tot voor kort werd aangenomen dat het niet op natuurlijke wijze de hersenen binnendrong. Engels ontdekte dat PG, samen met zijn receptormoleculen die betrokken zijn bij PG-signalering en communicatie, op verschillende plaatsen in de hersenen aanwezig was, met concentraties die varieerden afhankelijk van het tijdstip van de dag en slaaptekort.

De resultaten werden in juli gepubliceerd in Frontiers in Neuroscience; lange tijd slaaponderzoeker en WSU Regents Professor James Krueger was co-auteur van het artikel. English is ook de hoofdauteur van een recent artikel dat hij samen met Krueger schreef in het tijdschrift Sleep Medicine Reviews, waarin de “holobiont state” hypothese van slaap wordt gepresenteerd. Dit artikel brengt twee heersende opvattingen samen. De ene gaat ervan uit dat slaap wordt geregeld door de hersenen en neurologische systemen. De andere richt zich op “lokale slaap”, die slaap ziet als het resultaat van een opeenstapeling van slaapachtige toestanden in kleine cellulaire netwerken door het hele lichaam. Zulke slaapachtige toestanden zijn waargenomen in cellen in vitro, bekend als het “slaap in een schaaltje” model.

Wanneer deze kleinere slaapfases zich opstapelen, zoals wanneer het licht uitgaat in een huis, verandert het lichaam van waakbewustzijn in slaap. De nieuwe hypothese verenigt deze theorieën en suggereert dat slaap het resultaat is van de interactie tussen het lichaam en zijn micro-organismen – twee autonome systemen die op elkaar inwerken en elkaar overlappen. “Het is niet het één of het ander, het is allebei. Ze moeten samenwerken,” zei English. “Slaap is echt een proces. Het vindt plaats met verschillende snelheden voor verschillende niveaus van cel- en weefselorganisatie en is het resultaat van uitgebreide coördinatie.”

Slaappatronen en de functie van het darmmicrobioom

Verbanden tussen het microbioom en gedrag komen op verschillende fronten naar voren, wat suggereert dat micro-organismen die in de darm worden gevormd een belangrijke rol spelen bij cognitie en basaal menselijk gedrag. Dit werk zet de traditionele kijk op menselijke neurologie op zijn kop door te suggereren dat het niet volledig top-down is – d.w.z. het resultaat van besluitvormingsprocessen in de hersenen – maar bottom-up – d.w.z. gedreven door kleine organismen die door hun evolutie dieren tot hun gastheer hebben gemaakt en wier behoeften de activiteiten en cognitie van hun gastheer beïnvloeden.

“We hebben een hele gemeenschap van microben in ons leven. Deze microben hebben een veel langere evolutionaire geschiedenis dan welk zoogdier, vogel of insect dan ook – veel langer, miljarden jaren langer,” zei Krueger, die in 2023 door de Sleep Research Society werd uitgeroepen tot “levende legende van het slaaponderzoek”. “Wij geloven dat de evolutie van slaap eonen geleden begon met de activiteit/inactiviteitscyclus van bacteriën en dat de moleculen die die cyclus aandreven verwant zijn aan de moleculen die vandaag de dag cognitie aandrijven.”

Het werk van English bouwt voort op bekende verbanden tussen bacteriën en slaap, waaronder het feit dat slaappatronen de functie van het darmmicrobioom beïnvloeden en dat bacteriële infecties ervoor zorgen dat mensen meer slapen. De nieuwe bevindingen roepen vragen op die English graag verder wil onderzoeken. “Nu de wereld heeft erkend hoe belangrijk microben zijn, niet alleen voor ziekte maar ook voor gezondheid, is het een spannende tijd om ons begrip van hoe wij met onze microben communiceren en hoe onze microben met ons communiceren, uit te breiden,” zei ze.