Co powoduje, że zasypiamy? Odpowiedź może leżeć nie tylko w naszych mózgach, ale także w ich złożonej interakcji z mikroorganizmami żyjącymi w naszych jelitach. Nowe badania przeprowadzone przez Washington State University sugerują nowy paradygmat rozumienia snu, pokazując, że substancja znajdująca się w przypominających siatkę ścianach bakterii, znana jako peptydoglikan, występuje naturalnie w mózgach myszy i jest ściśle związana z cyklem snu.

Odkrycia te służą aktualizacji szerszej hipotezy, która była rozwijana na WSU od lat – mianowicie, że sen powstaje w wyniku komunikacji między systemami regulującymi sen organizmu a licznymi drobnoustrojami, które żyją w nas. „To nadało nowy wymiar naszym wcześniejszym odkryciom” – powiedziała Erika English, doktorantka WSU i główna autorka dwóch niedawno opublikowanych artykułów naukowych prezentujących wyniki badań.

Sen jako wynik interakcji między ciałem a jego mikroorganizmami

Pogląd, że sen wynika z tego „stanu holobiontu”, jest częścią rosnącej liczby dowodów sugerujących, że nasz mikrobiom jelitowy odgrywa ważną rolę w poznaniu, apetycie, popędzie seksualnym i innych czynnościach – pogląd, który stawia na głowie tradycyjne modele poznania skoncentrowane na mózgu i ma wpływ na nasze rozumienie ewolucji i wolnej woli, a także na rozwój przyszłych metod leczenia zaburzeń snu.

Ostatnie odkrycia dotyczące peptydoglikanu (PG) potwierdzają tę hipotezę i sugerują możliwą rolę regulacyjną produktów ściany komórkowej bakterii we śnie. Wiadomo, że PG promuje sen po wstrzyknięciu zwierzętom, ale do niedawna zakładano, że nie dostaje się on naturalnie do mózgu. English odkrył, że PG, wraz z jego cząsteczkami receptorowymi zaangażowanymi w sygnalizację i komunikację PG, był obecny w różnych miejscach w mózgu, a jego stężenia różniły się w zależności od pory dnia i braku snu.

Wyniki zostały opublikowane w lipcu w Frontiers in Neuroscience; współautorem artykułu jest wieloletni badacz snu i profesor WSU Regents James Krueger. English jest również głównym autorem niedawnego artykułu współautorstwa z Kruegerem w czasopiśmie Sleep Medicine Reviews, który przedstawia hipotezę „stanu holobiontu” snu. Artykuł ten łączy dwa dominujące poglądy. Jeden zakłada, że sen jest regulowany przez mózg i układy neurologiczne. Drugi koncentruje się na „śnie lokalnym”, który postrzega sen jako wynik nagromadzenia stanów podobnych do snu w małych sieciach komórkowych w całym ciele. Takie stany podobne do snu zaobserwowano w komórkach in vitro, znanych jako model „snu w naczyniu”.

Kiedy te mniejsze fazy snu kumulują się, podobnie jak po zgaszeniu świateł w domu, ciało przechodzi ze stanu czuwania do snu. Nowa hipoteza łączy te teorie i sugeruje, że sen jest wynikiem interakcji między ciałem a jego mikroorganizmami – dwoma autonomicznymi systemami, które współdziałają i nakładają się na siebie. „To nie jest jedno lub drugie, to jest jedno i drugie. Muszą ze sobą współpracować” – powiedział English. „Sen to tak naprawdę proces. Występuje z różną prędkością na różnych poziomach organizacji komórek i tkanek i jest wynikiem kompleksowej koordynacji”.

Wzorce snu i funkcja mikrobiomu jelitowego

Powiązania między mikrobiomem a zachowaniem pojawiają się na kilku frontach, sugerując, że mikroorganizmy powstające w jelitach odgrywają ważną rolę w poznaniu i podstawowych ludzkich zachowaniach. Praca ta stawia na głowie tradycyjny pogląd na ludzką neurologię, sugerując, że nie jest ona całkowicie odgórna – tj. jest wynikiem procesów decyzyjnych w mózgu – ale oddolna – tj. napędzana przez maleńkie organizmy, których ewolucja uczyniła zwierzęta ich żywicielami i których potrzeby wpływają na aktywność i poznanie ich żywicieli.

„Mamy całą społeczność mikrobów żyjących wewnątrz nas. Te mikroby mają znacznie dłuższą historię ewolucyjną niż jakikolwiek ssak, ptak czy owad – znacznie dłuższą, miliardy lat dłużej” – powiedział Krueger, który w 2023 roku został nazwany „żywą legendą badań nad snem” przez Sleep Research Society. „Wierzymy, że ewolucja snu rozpoczęła się eony temu wraz z cyklem aktywności/nieaktywności bakterii i że cząsteczki, które napędzały ten cykl, są powiązane z tymi, które dziś napędzają funkcje poznawcze”.

Praca Englisha opiera się na znanych powiązaniach między bakteriami a snem, w tym na fakcie, że wzorce snu wpływają na funkcjonowanie mikrobiomu jelitowego, a infekcje bakteryjne powodują, że ludzie śpią więcej. Nowe odkrycia rodzą pytania, które English chciałby kontynuować. „Teraz, gdy świat zdał sobie sprawę z tego, jak ważne są mikroby nie tylko dla chorób, ale także dla zdrowia, nadszedł bardzo ekscytujący czas, aby poszerzyć naszą wiedzę na temat tego, jak komunikujemy się z naszymi mikrobami i jak nasze mikroby komunikują się z nami” – powiedziała.