Vad är det som får oss att somna? Svaret kanske inte bara ligger i våra hjärnor, utan också i deras komplexa samspel med de mikroorganismer som lever i våra tarmar. Ny forskning från Washington State University föreslår ett nytt paradigm för att förstå sömn och visar att ett ämne som finns i bakteriernas nätliknande väggar, känt som peptidoglykan, förekommer naturligt i hjärnan hos möss och är nära kopplat till sömncykeln.

Dessa fynd bidrar till att uppdatera en bredare hypotes som har utvecklats vid WSU i flera år – nämligen att sömnen uppstår genom kommunikation mellan kroppens sömnreglerande system och de många mikrober som lever i oss. ”Det här har gett en ny dimension till våra tidigare resultat”, säger Erika English, doktorand vid WSU och huvudförfattare till två nyligen publicerade vetenskapliga artiklar där resultaten presenteras.

Sömn som ett resultat av samspelet mellan kroppen och dess mikroorganismer

Uppfattningen att sömnen uppstår ur detta ”holobionta tillstånd” är en del av en växande mängd bevis som tyder på att vårt tarmmikrobiom spelar en viktig roll för kognition, aptit, sexlust och andra aktiviteter – en uppfattning som vänder upp och ner på traditionella hjärncentrerade modeller för kognition och som får konsekvenser för vår förståelse av evolution och fri vilja, liksom för utvecklingen av framtida behandlingar av sömnstörningar.

Nya rön om peptidoglykan (PG) stöder denna hypotes och antyder en möjlig reglerande roll för bakteriella cellväggsprodukter i sömnen. PG är känt för att främja sömn när det injiceras i djur, men fram till nyligen antogs det att det inte kom in i hjärnan naturligt. English fann att PG, tillsammans med dess receptormolekyler som är involverade i PG-signalering och kommunikation, fanns på olika platser i hjärnan, med koncentrationer som varierade beroende på tid på dygnet och sömnbrist.

Resultaten publicerades i juli i Frontiers in Neuroscience; den mångårige sömnforskaren och WSU Regents Professor James Krueger var medförfattare till artikeln. English är också huvudförfattare till en artikel som nyligen publicerades tillsammans med Krueger i tidskriften Sleep Medicine Reviews, där hypotesen om ”holobiont tillstånd” i sömnen presenteras. I artikeln sammanförs två rådande uppfattningar. Den ena utgår från att sömnen regleras av hjärnan och de neurologiska systemen. Den andra fokuserar på ”lokal sömn”, där sömnen ses som ett resultat av en ackumulering av sömnliknande tillstånd i små cellulära nätverk i hela kroppen. Sådana sömnliknande tillstånd har observerats i celler in vitro, den s.k. ”sleep in a dish”-modellen.

När dessa mindre sömnfaser ackumuleras, som när lamporna släcks i ett hus, övergår kroppen från vakenhet till sömn. Den nya hypotesen förenar dessa teorier och föreslår att sömnen är resultatet av interaktionen mellan kroppen och dess mikroorganismer – två autonoma system som samverkar och överlappar varandra. ”Det är inte det ena eller det andra, det är båda. De måste fungera tillsammans”, säger English. ”Sömn är verkligen en process. Den sker i olika hastigheter på olika nivåer av cell- och vävnadsorganisation och är resultatet av en omfattande samordning.”

Sömnmönster och tarmmikrobiomets funktion

Kopplingar mellan mikrobiomet och beteende framträder på flera fronter, vilket tyder på att mikroorganismer som bildas i tarmen spelar en viktig roll för kognition och grundläggande mänskliga beteenden. Detta arbete vänder upp och ner på den traditionella synen på mänsklig neurologi och antyder att den inte är helt uppifrån och ner – dvs. resultatet av beslutsprocesser i hjärnan – utan nedifrån och upp – dvs. drivs av små organismer vars evolution har gjort djur till deras värdar och vars behov påverkar deras värders aktiviteter och kognition.

”Vi har en hel gemenskap av mikrober som lever inuti oss. Dessa mikrober har en mycket längre evolutionär historia än något däggdjur, någon fågel eller insekt – mycket längre, miljarder år längre”, säger Krueger, som utsågs till en ”levande legend inom sömnforskning” av Sleep Research Society 2023. ”Vi tror att sömnens evolution började för eoner sedan med bakteriernas aktivitet/inaktivitetscykel och att de molekyler som drev den cykeln är besläktade med dem som driver kognitionen idag.”

Englishs arbete bygger på kända kopplingar mellan bakterier och sömn, bland annat att sömnmönster påverkar tarmflorans funktion och att bakterieinfektioner får människor att sova mer. De nya rönen väcker frågor som English skulle vilja gå vidare med. ”Nu när världen har insett hur viktiga mikrober är inte bara för sjukdomar utan också för hälsan, är det en mycket spännande tid att utöka vår förståelse för hur vi kommunicerar med våra mikrober och hur våra mikrober kommunicerar med oss”, säger hon.