|
Бактерии способствуют модуляции поведения животных
|
|
|
|
Все более важной областью работы в современных науках о жизни становится изучение симбиотического сосуществования животных, растений и людей с их специфическими микробными популяциями. В последние годы исследователи собрали все больше доказательств того, что состав и баланс микробиома играют решающую роль в функционировании и здоровье организма в целом. Они выявили принципиально важный аспект этих функциональных взаимоотношений во взаимодействии нервных клеток хозяина и его микробиома, впервые установленный на очень ранних этапах эволюции. Значение этого сотрудничества и то, как эти взаимодействия влияют на поведение, до сих пор во многом неизвестны. В недавнем исследовании исследовательская группа из Центра совместных исследований (CRC) 1182 «Происхождение и функции метаорганизмов» Кильского университета получила новое представление о сотрудничестве между нервной системой и микробиомом. На примере пресноводного полипа гидры исследователи из Киля исследовали нейрональную основу их пищевого поведения и выяснили, вмешивается ли и каким образом микробиом в это поведение.
|
|
|
|
При этом они впервые смогли механически доказать, что микробиом с уменьшенным разнообразием влияет на функцию определенных нервных клеток и, таким образом, изменяет пищевое поведение. Результаты своего исследования они опубликовали сегодня в журнале Current Biology. Сложная кооперация нервных клеток контролирует пищевое поведение гидры. Пресноводный полип Гидра — это книдарий размером около одного сантиметра, который обитает на мелководье озер, прикрепленных к водным растениям, и питается, среди прочего, микроскопическими ракообразными. Чтобы поймать добычу, Гидра выполняет скоординированную и относительно быструю поведенческую программу. «Это поведение можно хорошо изучить экспериментально, поскольку оно может быть вызвано не только живой добычей, но и пептидом глутатиона, который можно скармливать животным в культуральных чашках», — объясняет Кристоф Гиз, член CRC 1182 и доктор философии. Д. Студентка группы клеточной биологии и биологии развития Зоологического института.
|
|
|
«В основе пищевого поведения лежит нейронный контроль, который значительно сложнее, чем предполагалось ранее, исходя из простой нервной сети гидры», — продолжает Гиз. Используя метод визуализации на основе кальция, исследовательская группа смогла наблюдать за популяциями нервов, участвующих в пищевом поведении, в реальном времени у живого животного и, таким образом, идентифицировать вовлеченную нейронную цепь. Чтобы проверить связь между микробиомом и пищевым поведением, ученые сначала исследовали искусственно стерильных животных: у гидр без микробиома наблюдалась явно измененная модель поведения, которая выражалась в основном в более короткой продолжительности открывания рта. «Благодаря повторному добавлению микробиома у этих животных было восстановлено нормальное пищевое поведение. Это позволило нам доказать прямое влияние микробиома», — говорит Гиз.
|
|
|
|
Чтобы выяснить, какие бактерии оказывают особенно существенное влияние, на следующем этапе исследователи из Киля сначала колонизировали чистых от микробов животных одним определенным видом бактерий. «Особенно интересный эффект наблюдался при колонизации бактерией Curvibacter. Пищевое поведение животных, колонизированных только Curvibacter, очень сильно нарушено: эти животные могут открывать рот лишь в очень ограниченной степени», — продолжает Гиз. В дальнейших исследованиях было обнаружено, что Curvibacter производит аминокислоту глутамат, которая также играет важную роль в метаболизме человека. Когда состав микробиома сильно уменьшен и присутствует только Curvibacter, глутамат накапливается, связывается с нейронами и приводит к закупорке ротового отверстия. Ингибирующий эффект бактерий Curvibacter прекращается, как только оставшиеся члены микробиома снова попадают в ткани.
|
|
|
|
«В целом нам удалось доказать, что даже у филогенетически древних животных для нормального пищевого поведения необходим разнообразный микробиом. Если состав этого микробиома сильно нарушен, происходят значительные изменения в поведении», — говорит профессор Томас Бош, руководитель исследования. Группа клеточной и биологии развития. Исследователи собрали доказательства того, что это происходит из-за взаимодействия между различными членами микробиома. Если существует богатый видами «нормальный» микробиом, вырабатываемый глутамат поглощается и используется другими видами бактерий, а нейронная цепь, ответственная за пищевое поведение, не нарушается. Новые результаты исследований команды CRC 1182, механистические доказательства сотрудничества между микробиомом и нервной системой, предоставляют важные новые подходы для углубленных исследований.
|
|
|
|
«Наше исследование открывает двери для дальнейших исследований влияния взаимодействия микробиома и нервной системы на функции всего организма. Среди прочего, мы хотим выяснить в будущем, участвуют ли и каким образом микроорганизмы уже в формирование нервной системы во время эмбрионального развития и какую роль микробиом играет в выработке нейротрансмиттеров», — говорит Бош. В долгосрочной перспективе выяснение этих отдельных строительных блоков приведет к появлению различных интересных исследовательских перспектив, которые также направлены на улучшение здоровья человека. «Возможно, лучше понимая взаимодействие между нервными клетками и бактериями у модельного животного Гидра, мы также сможем изучить механизмы, которые могут привести к неврологическим и нейродегенеративным заболеваниям у людей. Хотя частота этих заболеваний очень высока во всем мире механизмы их патогенеза еще не изучены», — говорит Бош, представитель CRC 1182.
|
|
|
|
Источник
|
