Сладкоежки? Мухи тоже: новое исследование показывает, как они определяют, что есть и когда остановиться

Все животные, включая человека, любят сладкую пищу, особенно когда голодны. Мозг обрабатывает множество сигналов, помогающих регулировать, что и сколько мы едим.

Исследователи из Университета Рокфеллера, работая с мухами Drosophila, приблизились к пониманию биологии питания. В исследовании, опубликованном в Cell, они идентифицировали набор нейронов, которые активируются только тогда, когда мухи едят очень сладкий раствор — особенно когда они голодны. Если пища менее сладкая или мухи относительно сыты, активность этих нейронов снижается.

Учёные с удивлением обнаружили, что эти клетки мозга связаны с вкусовыми нейронами в глотке, а не в эквиваленте языка мухи. Это означает, что мухи могут непосредственно ощущать вкус и контролировать пищу во время глотания.

"Эти нейроны в мозге мухи являются частью своего рода 'пищевой цепи'", — говорит Нилай Япичи, постдок в лаборатории ведущего автора Лесли Восшалл. Некоторые аспекты этой "цепи" существуют и у многих других животных, например, мышей и людей.

Как работает цепь

Вкусовые нейроны в глотке мух связаны с группой из 12 нейронов, известных как клетки IN1, которые передают сигналы в нейронные цепи, сообщающие мозгу, продолжать ли есть.

"Эти 12 интернейронов помогают мозгу определить, что едят мухи, и регулировать, продолжать или остановиться", — говорит Япичи. — "Если мы дадим мухам что-то сладкое, и они голодны, они будут есть непрерывно. Если пища менее сладкая, они едят меньше. Нейроны помогают мозгу оценивать, что ест животное, пока оно это ест".

Новый подход

Трудно отследить, сколько мухи едят каждый день. Каждая муха крошечная и потребляет примерно микролитр пищи в день. Для этого исследования Япичи, Восшалл и их коллеги разработали новую технику под названием Expresso — сверхточный сенсор, который непрерывно в реальном времени записывает, сколько мухи потребляют.

Пока мухи едят, исследователи могут наблюдать за их мозгом с помощью монитора, фиксирующего уровень кальция в нейронах — показатель нейронной активности.

Чтобы идентифицировать конкретные нейроны, участвующие в пищевом поведении, исследователи подавляли разные популяции нейронов и наблюдали за изменениями. Они обнаружили, что при подавлении клеток IN1 мухи начинали есть, но останавливались преждевременно, даже если были голодны. "Подавление активности этих нейронов, по-видимому, снижает потребление пищи", — говорит Япичи. Более того, когда исследователи снова включали эти нейроны, сытые мухи ели так, как будто умирали от голода.

Далее учёные наблюдали, как эта конкретная группа нейронов ведёт себя в нормальных ситуациях. Они обнаружили, что когда голодные мухи выпивают даже крошечное количество вкусной сладкой пищи, клетки IN1 активируются и остаются активными в течение многих минут после того, как пища была проглочена. Активность клеток IN1, по мнению исследователей, побуждает животных поглощать пищу. Логично, что когда мухи не голодны и сталкиваются со сладкой пищей, нейроны всё равно активируются, но довольно быстро успокаиваются. Когда мухи голодны, но имеют доступ только к менее вкусной пище, нейроны также демонстрируют всплеск активности, но он быстро затухает. В каждом случае активность клеток IN1 отражала пищевое поведение мухи.

Перспективы

Исследователи полагают, что эти выводы могут иметь значение для заболеваний, связанных с потреблением пищи, таких как ожирение. "Цель изучения пищевого поведения — понять биологические сигналы, которые заставляют нас есть", — говорит Япичи.

Работая с мухами, у которых относительно небольшой мозг по сравнению с млекопитающими, исследователи могут легче идентифицировать и манипулировать конкретными цепями, регулирующими потребление пищи, а затем проверить, работают ли аналогичные пути у животных с более сложной нейронной структурой, таких как мыши.

"Если вы находите нейронный механизм у мухи, вы можете искать похожие принципы в модели мыши — поскольку вы знаете, что ищете, найти это может быть проще", — говорит Япичи.