Новое исследование дает новый взгляд на то, что значит «идти со своей интуицией». Выводы, опубликованные в журнале Nature, предполагают, что кишечные бактерии могут контролировать движение плодовых мушек и определять нейроны, участвующие в этом ответе. Исследование проводилось при поддержке Национального института неврологических расстройств и инсульта (NINDS), входящего в состав Национального института здоровья.
«Это исследование предоставляет дополнительные доказательства связи между кишечником и мозгом и, в частности, показывает, как кишечные бактерии могут влиять на поведение, включая движение», - сказала Маргарет Сазерленд, доктор философии, программный директор NINDS.
Исследователи под руководством Саркиса К. Мазманяна, доктора философии, профессора микробиологии Калифорнийского технологического института в Пасадене, и аспиранта Кэтрин Э. Шреттер обнаружили, что безмикробные мухи, не являющиеся переносчиками бактерий,, были гиперактивны. Например, они шли быстрее, преодолевали большие расстояния и меньше отдыхали, чем мухи с нормальным уровнем микробов. Доктор Мазманян и его команда исследовали, каким образом кишечные бактерии могут влиять на поведение плодовых мушек.
«Передвижение важно для ряда действий, таких как спаривание и поиск пищи. Оказывается, кишечные бактерии могут иметь решающее значение для фундаментального поведения животных», - сказал доктор Мазманян.
Плодовые мушки переносят от пяти до 20 различных видов бактерий, и команда доктора Мазманяна лечила стерильных животных отдельными штаммами этих микробов. Когда мухи получали Lactobacillus brevis, их движения замедлялись до нормальной скорости. L. brevis был одним из двух видов бактерий, восстановивших нормальное поведение стерильных мух.
Доктор. Группа Мазманяна также обнаружила, что молекула ксилозоизомеразы (Xi), белка, расщепляющего сахар и обнаруженного в L. brevis, может иметь решающее значение для этого процесса. Выделения молекулы и обработки ею обеззараженных мух было достаточно, чтобы замедлить бегунов.
Дополнительные эксперименты показали, что Кси может регулировать движение путем тонкой настройки уровня определенных углеводов, таких как трегалоза, которая является основным сахаром, обнаруженным у мух и похожа на глюкозу млекопитающих. У мух, которым давали Xi, уровень трегалозы был ниже, чем у необработанных безмикробных мух. Когда мухам, получавшим Xi, которые демонстрировали нормальное поведение, давали только трегалозу, они возобновляли быстрые движения, что позволяет предположить, что сахар способен обратить вспять эффекты Xi.
Затем исследователи изучили нервную систему мух, чтобы увидеть, какие клетки участвуют в движении, направленном бактериями. Когда группа доктора Мазманяна включила нейроны, вырабатывающие химический октопамин, эта активация свела на нет действие L. brevis на безмикробных мух. В результате мухи, которые ранее замедлялись после получения бактерии или Кси, возобновили свое скоростное поведение. Включение вырабатывающих октопамин нервных клеток у мух с нормальным уровнем бактерий также заставило их двигаться быстрее. Однако активация нейронов, производящих другие химические вещества мозга, не влияла на движения мух.
По словам доктора Мазманяна, Шреттера и их коллег, Си может следить за метаболическим состоянием мух, включая уровни питательных веществ, а затем сигнализировать октопаминовым нейронам, должны ли они включаться или выключаться, что приводит к изменениям в поведении..
Вместо октопамина млекопитающие производят аналогичное химическое вещество, норадреналин, который, как было показано, контролирует движение.
«Кишечные бактерии могут играть аналогичную роль в передвижении млекопитающих и даже в двигательных расстройствах, таких как болезнь Паркинсона», - сказал д-р Мазманян..
Необходимы дополнительные исследования, чтобы увидеть, контролируют ли бактерии движение других видов, включая млекопитающих. Кроме того, в будущих исследованиях будет дополнительно изучено, как Си участвует в таком поведении.
Это исследование было поддержано NINDS (NS085910).