Кишечные бактерии влияют на движение плодовых мушек
Кишечник плодовой мушки — тёплый, защищённый и богатый питательными веществами — идеальная среда для бактерий. Эти бактерии, в свою очередь, помогают мушке расщеплять и переваривать пищу, поддерживая её метаболизм. Исследователи из Caltech показали, что влияние кишечных бактерий на хозяина не ограничивается метаболизмом — они также влияют на локомоцию (движение) мушки. Эта работа впервые обнаружила прямую молекулярную и клеточную связь между микробиомом и локомоцией.
Исследование провела группа под руководством профессора микробиологии Саркиса Мазманяна. Статья с описанием работы будет опубликована 24 октября в журнале Nature.
Более 80% потребляемой нами пищи расщепляется микробиомом — сообществом бактерий в кишечнике. Микробиом регулирует уровни и соотношения тысяч различных питательных молекул, используемых практически для всех биологических функций.
Команда исследователей из Caltech под руководством бывшей аспирантки Кэтрин Шреттер решила изучить плодовых мушек (Drosophila), чтобы определить, какое влияние микробиом кишечника оказывает на локомоцию.
Основные результаты:
- Мухи без микробиома (аксеничные) демонстрировали повышенную локомоцию — двигались гиперактивно, подобно голодным мушкам в поисках пищи.
- Определённые бактерии восстанавливали нормальную локомоцию, включая Lactobacillus brevis и Escherichia coli.
- Ключевым оказался фермент ксилозоизомераза, который
эти бактерии производят для метаболизма сахаров.
- Генетическая модификация бактерий, лишающая их способности производить этот фермент, приводила к гиперактивности мух-хозяев.
- Добавление чистого фермента ксилозоизомеразы аксеничным мушкам восстанавливало их локомоцию до нормы.
Механизм влияния: связь с нейронами
Вопрос: как фермент в кишечнике влияет на двигательные функции, контролируемые нейронами и мышцами?
- Эффекты ксилозоизомеразы нивелировались либо удалением нейрохимического вещества октопамина, либо "заглушением" октопаминергических нейронов (производящих октопамин).
- Это указывает на их вовлечённость в опосредование эффектов фермента.
- Известно, что избыточная активация октопаминергических нейронов (участвующих как в движении, так и в метаболизме) приводит к гиперактивности.
Значение и перспективы
- Кэтрин Шреттер: "Эта работа показывает, как разные органы могут оказывать влияние на весь организм в целом. Речь идёт о сдвиге мышления от фокуса на отдельных органах к целостному взгляду".
- Саркис Мазманян: "Наша работа предполагает, что кишечные бактерии необходимы для настройки общего состояния здоровья животного, его гомеостаза".
- Открытие сделано на мушках, но оно задаёт направление для
исследований на более сложных животных (мышах).
- У млекопитающих есть аналог октопамина — норадреналин.
- Работа закладывает основу для проверки гипотез и мишеней в млекопитающих.
- Исследование даёт концептуальную поддержку идее, что микробиом может модулировать локомоцию у млекопитающих, что интересно, например, в контексте изучения двигательных симптомов при болезни Паркинсона.
Название статьи: "A gut microbial factor modulates locomotor behavior in Drosophila".