Бактерии участвуют в модуляции поведения животных

Исследователи из Кильского университета (CRC 1182) на примере пресноводного полипа гидра (Hydra) впервые получили механистические доказательства того, что состав микробиома влияет на функцию нервных клеток и изменяет пищевое поведение. Результаты опубликованы в Current Biology.

Сложная нейронная регуляция поведения

Гидра — стрекающее длиной около сантиметра, питающееся микроскопическими рачками. Координированная программа пищевого поведения запускается как живой добычей, так и пептидом глутатионом. С помощью кальциевой визуализации учёные в реальном времени наблюдали задействованные популяции нейронов и идентифицировали нейронную цепь, контролирующую это поведение.

Влияние состава микробиома

Искусственно лишённые микробиома (гнотобиотические) гидры демонстрировали изменённый паттерн поведения, в основном выражавшийся в более короткой продолжительности открывания рта. Нормальное поведение восстанавливалось после добавления микробиома.

При колонизации стерильных гидр только одной определённой бактерией Curvibacter пищевое поведение сильно нарушалось: животные могли открывать рот лишь очень ограниченно.

Механизм воздействия

Бактерия Curvibacter производит аминокислоту глутамат. При сильно обеднённом микробиоме (только Curvibacter) глутамат накапливается, связывается с нейронами и приводит к блокировке открывания рта. Тормозящий эффект обращается вспять, как только в ткань возвращаются остальные члены нормального микробиома.

В условиях видового разнообразия "нормального" микробиома производимый глутамат поглощается и утилизируется другими бактериальными видами, и ответственная за пищевое поведение нейронная цепь не нарушается.

Перспективы исследований

Исследование открывает путь для изучения влияния взаимодействия микробиома и нервной системы на функции целого организма. В будущем планируется выяснить, участвуют ли микроорганизмы в формировании нервной системы во время эмбрионального развития и какую роль микробиом играет в производстве нейротрансмиттеров.

Понимание взаимодействий нервных клеток и бактерий у гидры может помочь в изучении механизмов, ведущих к неврологическим и нейродегенеративным заболеваниям у человека.