Как мозг плодовых мух контролирует выбор пищи

Исследователи из Университета Джонса Хопкинса, изучая плодовых мух (Drosophila), идентифицировали очень небольшой набор специфических клеток мозга — так называемых дофаминовых нейронов клина. Эти нейроны отвечают за направление пищевых предпочтений насекомых в сторону того, что им нужно (белок), а не того, что им нравится (сахар).

Когда мух лишали белка в рационе, эти нейроны высвобождали химический сигнал — дофамин. Этот сигнал, по-видимому, направлял тягу мух к их основному источнику белка — дрожжам, подавляя естественную тенденцию искать сахар. Результаты работы опубликованы 5 мая в журнале Science.

Ключевые эксперименты и открытия

• Поиск нейронов: Исследователи использовали недавно спарившихся самок мух, которые обычно потребляют больше белка для питания яиц. С помощью генетических инструментов, отключающих разные группы нейронов, они нашли линии мух, которые после спаривания перестали предпочитать богатые белком дрожжи. Для измерения потребления дрожжей в пищу добавляли краситель, а затем анализировали его количество в теле мух.
• Локализация: Сигнал пищевого предпочтения был связан всего с двумя нейронами с каждой стороны мозга в области, называемой клином (из-за формы). Их назвали дофаминовыми нейронами клина.
• Активность нейронов: После восьми дней белковой депривации электрическая активность (сигнализация) этих нейронов у мух была в четыре раза выше, чем у мух на нормальной диете.
• Контроль над сахаром: Мухи с "выключенными" дофаминовыми нейронами клина, лишённые белка, съедали вдвое больше сахара, чем контрольные мухи. Когда эти нейроны искусственно активировали, потребление сахара падало до нормы, а потребление белка возрастало.
• Роль рецепторов: Исследование мух, лишённых разных дофаминовых рецепторов, показало:
  • Без рецептора DopR2 мухи ели примерно вдвое меньше дрожжей.
  • Без рецептора DopR1 мухи потребляли вдвое больше сахара.
• Структурные изменения: У нормально питающихся мух дофаминовые нейроны клина имеют два отростка (ветви). После депривации белка один из этих отростков увеличивался в размере, и это изменение сохранялось часами после того, как мухи начинали есть белок.

Значение и перспективы

Как пояснил ведущий автор исследования Марк Ву, доктор медицины и философии, каждая из этих нейронов имеет две ветви: одна контролирует потребление белка, другая — сахара. В норме мухи обходят белковый контур, нуждаясь в сахаре как быстром источнике энергии. После нехватки белка они обходят сахарный контур, чтобы искать протеин.

Это первый идентифицированный у животных механизм специфического "белкового голода". Ранее были известны лишь сенсоры и гормоны, контролирующие общее количество потребляемых калорий.

Открытие может продвинуть поиск аналогичных процессов у млекопитающих (включая человека), что позволит лучше понять механизмы голода, тяги к определённой пище и, в конечном счёте, набор веса и ожирение. Следующим шагом будет изучение химических молекул, заставляющих эти нейроны "голодного контура" активироваться, и поиск их аналогов у мышей или крыс.