Les microbes intestinaux pourraient avoir alimenté l’évolution de cerveaux plus gros

Résumé: Une nouvelle étude suggère que les microbes intestinaux ont joué un rôle clé dans l’évolution des cerveaux plus gros chez les primates en influençant la production et l’utilisation de l’énergie. Les chercheurs ont implanté des microbes provenant d’humains, de singes écureuils (espèces à gros cerveau) et de macaques (espèces à petit cerveau) chez des souris, observant que les microbes de primates à plus gros cerveau amélioraient la production d’énergie, tandis que ceux de primates à plus petit cerveau favorisaient le stockage des graisses.

Les résultats révèlent que les différences du microbiote intestinal pourraient avoir évolué pour répondre aux demandes énergétiques plus élevées des cerveaux plus gros. Cette recherche offre une nouvelle perspective sur l’évolution humaine, en mettant l’accent sur le potentiel des microbes intestinaux à façonner les traits métaboliques et biologiques.

Faits clés :

• Les souris dotées de microbes intestinaux provenant de primates à gros cerveau ont utilisé plus d’énergie, tandis que les souris dotées de microbes provenant de primates à petit cerveau ont stocké plus de graisse.
• Les similitudes dans le microbiote intestinal chez les primates à gros cerveau non apparentés suggèrent une évolution convergente.
• L’étude met en valeur le rôle des microbes intestinaux dans la satisfaction des besoins énergétiques liés à la croissance du cerveau.

Source: Université du Nord-Ouest

Le tissu cérébral est parmi les plus coûteux en énergie du corps et, par conséquent, les mammifères au cerveau plus gros ont besoin de plus d’énergie pour soutenir la croissance et l’entretien du cerveau. On ne sait pas exactement quels changements biologiques ont permis aux ancêtres humains de répondre aux besoins énergétiques très élevés à mesure qu’ils développaient des cerveaux plus gros.

Une nouvelle étude de l’Université Northwestern souligne le rôle des microbes intestinaux, de minuscules organismes vivants dans notre système digestif qui aident à décomposer les aliments et à produire de l’énergie.

Dans une expérience contrôlée en laboratoire, des chercheurs ont implanté des microbes provenant de deux espèces de primates à gros cerveau (l’homme et le singe écureuil) et d’une espèce de primates à petit cerveau (macaque) chez des souris.

Leurs résultats ont montré que les souris contenant des microbes provenant d’espèces de primates à gros cerveau produisaient et utilisaient plus d’énergie, tandis que celles contenant des microbes provenant d’espèces à petit cerveau stockaient plus d’énergie sous forme de graisse.

Ces données sont les premières à montrer que les microbes intestinaux de différentes espèces animales façonnent les variations biologiques entre espèces animales et soutiennent l’hypothèse selon laquelle les microbes intestinaux pourraient influencer l’évolution en modifiant le fonctionnement du corps d’un animal.

L’étude offre une nouvelle perspective sur l’évolution humaine, en particulier sur l’évolution de notre gros cerveau.

Les résultats seront publiés dans la revue Génomique microbienne.

Des études antérieures ont comparé l’influence des gènes et de l’environnement sur des primates dotés de cerveaux plus gros et plus petits. Cependant, il existe très peu d’études comparant la manière dont différents primates utilisent l’énergie. Encore moins d’informations sont disponibles sur la façon dont le métabolisme se développe chez les différentes espèces de primates.

« Nous savons que la communauté de microbes vivant dans le gros intestin peut produire des composés qui affectent certains aspects de la biologie humaine, par exemple en provoquant des changements dans le métabolisme pouvant conduire à une résistance à l’insuline et à une prise de poids », a déclaré la première auteure de l’étude, Katherine Amato, professeure agrégée. d’anthropologie à Northwestern.

« La variation du microbiote intestinal est un mécanisme inexploré dans lequel le métabolisme des primates pourrait faciliter différents besoins énergétiques du cerveau », a déclaré Amato.

Après avoir introduit les microbes intestinaux chez des souris exemptes de microbes, les chercheurs ont mesuré les changements dans la physiologie de la souris au fil du temps, notamment la prise de poids, le pourcentage de graisse, la glycémie à jeun, la fonction hépatique et d’autres caractéristiques.

Ils ont également mesuré les différences entre les types de microbes et les composés qu’ils produisaient dans chaque groupe de souris.

Les chercheurs s’attendaient à ce que la découverte de microbes provenant de différents primates entraîne des différences dans la biologie des souris inoculées avec eux. Ils s’attendaient également à ce que les souris porteuses de microbes humains présentent la plus grande différence biologique par rapport aux souris porteuses de microbes des deux autres espèces.

« Bien que nous ayons constaté que les souris inoculées par l’homme présentaient certaines différences, la tendance la plus marquée était la différence entre les primates à gros cerveau (humains et singes écureuils) et les primates à plus petit cerveau (macaques) », a déclaré Amato.

Les souris ayant reçu des microbes provenant des humains et des singes écureuils avaient une biologie similaire, même si ces deux espèces de primates au cerveau plus gros ne sont pas des parents évolutifs proches l’un de l’autre.

Cela suggère autre chose qu’une ascendance partagée – il est probable que leur trait commun de gros cerveaux soit à l’origine des similitudes biologiques observées chez les souris inoculées avec leurs microbes.

« Ces résultats suggèrent que lorsque les humains et les singes écureuils ont tous deux développé séparément des cerveaux plus gros, leurs communautés microbiennes ont changé de la même manière pour aider à fournir l’énergie nécessaire », a déclaré Amato.

Dans les études futures, les chercheurs espèrent mener l’expérience avec des microbes provenant d’autres espèces de primates dont la taille du cerveau varie.

Ils aimeraient également recueillir davantage d’informations sur les types de composés produits par les microbes et recueillir des données supplémentaires sur les caractéristiques biologiques des hôtes, telles que la fonction immunitaire et le comportement.

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences évolutionnistes

Auteur: Stéphanie Kulke
Source: Université du Nord-Ouest
Contact: Stéphanie Kulke – Université Northwestern
Image: L’image est créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre.
« Le microbiote intestinal des primates contribue aux différences interspécifiques dans le métabolisme de l’hôte» par Katherine Amato et al. Génomique microbienne

Abstrait

Le microbiote intestinal des primates contribue aux différences interspécifiques dans le métabolisme de l’hôte

Parce que les gros cerveaux sont coûteux en énergie, ils sont associés à des traits métaboliques qui facilitent la disponibilité énergétique chez les vertébrés. Cependant, les fondements biologiques de ces caractéristiques ne sont pas connus.

Compte tenu de son rôle dans la régulation du métabolisme de l’hôte dans les études sur les maladies, nous avons émis l’hypothèse que le microbiome intestinal contribue à la variation des différences normales de métabolisme entre les espèces de vertébrés, y compris celles associées aux besoins énergétiques du cerveau.

En inoculant à des souris sans germes le microbiote intestinal (GM) de trois espèces de primates – deux avec un cerveau relativement plus gros et une avec un cerveau plus petit – nous avons démontré que le GM des primates au cerveau plus gros déplace le métabolisme de l’hôte vers l’utilisation et la production d’énergie, tandis que celui des primates au cerveau plus petit stimule le stockage d’énergie dans les tissus adipeux.

Nos résultats établissent un rôle causal du GM dans les différences normales de métabolisme entre espèces hôtes associées à la taille relative du cerveau et suggèrent que le GM pourrait avoir été un facilitateur important des changements métaboliques au cours de l’évolution humaine qui ont soutenu l’encéphalisation.