Как крошечный червь переключает мозг в режим выживания

Круглый червь C. elegans имеет микроскопический мозг — всего 302 нейрона. В нормальных условиях он живет около двух недель, питаясь бактериями. Однако при стрессе (например, при перенаселении и нехватке пищи) червь может переключиться в режим выживания (dauer).

Что такое состояние dauer?

• Остановка старения: Черви приостанавливают развитие и питание, оставаясь в этом состоянии 6–8 месяцев.
• Смена поведения: Чтобы покинуть неблагоприятную среду, они пытаются «поймать попутчика» (насекомое или улитку), вставая на хвост и размахивая телом (никтация).
• Обратная реакция на CO₂: Обычно черви избегают углекислого газа (сигнал хищника), но в состоянии dauer их привлекает CO₂, который может указывать на потенциального переносчика.

Как мозг из 302 нейронов управляет такой резкой сменой поведения?

Исследователи из Калтеха обнаружили ключевую роль нейропептидов — химических сигналов, которые нейроны «рассылают» массово, а не только по прямым связям (синапсам).

• При переходе в dauer активность более половины генов, кодирующих нейропептиды, резко возрастает.
• Мутантные черви с дефектным геном sbt-1 (контролирующим выработку нейропептидов) с трудом входят в состояние dauer, не привлекаются CO₂ и слабо никтируют.
• Вывод: Массовый выброс нейропептидов фактически перепрограммирует нервную систему червя для доступа к новому поведению.

Перспективы для медицины

Особый интерес представляет древнее семейство нейропептидов FMRFamides, уровень которых также повышается в состоянии dauer. Эти пептиды есть и у паразитических нематод, которые на одной стадии жизненного цикла ведут себя очень похоже на червей в dauer (не питаются, сжимаются и активно ищут хозяина).

• Изучение роли FMRFamides у C. elegans может помочь понять, как нарушить поиск хозяина у паразитических червей, вызывающих болезни у миллионов людей.
• Это также проливает свет на общий принцип работы нервных систем: как менять набор доступных поведенческих программ в ответ на изменение обстоятельств.

Источник: Исследование «FMRFamide-like peptides expand the behavioral repertoire of a densely connected nervous system» опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.