Высокий уровень сахара истощает метаболиты мозга у плодовых мух

Исследование Мичиганского университета показало, что при воздействии диеты с высоким содержанием сахара у плодовых мух истощаются ключевые метаболиты, связанные со здоровьем мозга.

Это открытие может объяснить, почему поведение, зависящее от внутреннего энергетического состояния (потребление пищи, обучение, память, сон), меняется при питании с высоким содержанием питательных веществ.

При метаболизме пищи она расщепляется на метаболиты — малые молекулы, выполняющие множество функций, включая снабжение клеток топливом и регуляцию выработки ферментов. Исследование, опубликованное в Nature Communications, изучает, как меняются метаболиты в мозге и теле плодовых мух при переходе от голода к насыщению.

Ключевые изменения в метаболизме

Исследователи обнаружили, что метаболические профили мух быстро меняются при переходе от голода к насыщению, причём в мозге изменения были более выраженными, чем в теле. В частности, диета с высоким содержанием сахара снижала уровни мозговых метаболитов:

  • N-ацетиласпартата (NAA)

  • Кинуренина

Изменение этих метаболитов может влиять на скорость ощущения насыщения, заставляя муху есть больше. Ранее та же группа учёных обнаружила, что увеличение определённого метаболита при высокоуглеводной диете вызывало переедание и увеличение веса.

  • Роль NAA в мозге до конца не ясна, но, вероятно, он обеспечивает клетки мозга топливом и регулирует осмолярность (объём клеток).
  • Низкий уровень кинуренина (который вырабатывается в больших количествах во время упражнений) связан с депрессией.

«Мы обнаружили метаболический ремоделинг, — сказала старший автор Моника Дус. — Это была не постепенная аккумуляция, а полное изменение метаболического профиля к седьмому дню на диете с высоким содержанием сахара».

Подобное метаболическое ремоделинг также характерно для раковых клеток, что объясняет, почему диета может играть роль в лечении рака.

Методология исследования

Для изучения влияния диеты команда сравнила голодающих мух с накормленными. Насытившимся мухам давали завтрак в виде желе с умеренно сладкой глюкозой, помеченного красителем. Убедившись, что мухи наелись (с помощью ликометра, считающего количество слизываний), исследователи мгновенно замораживали их, чтобы остановить метаболические процессы.

Затем тела мух разделяли на части (голова, грудь, брюшко, ноги) и с помощью масс-спектрометрии измеряли метаболиты.

Инструмент анализа данных

Для анализа данных Алла Карновски создала инструмент FlyScape (на основе аналогичного инструмента MetScape для данных человека). Это открытое программное обеспечение, которое визуализирует метаболические сети плодовых мух, помогая понять, какие биологические процессы происходят.

«Мы изучили, какие изменения в метаболитах могут фундаментально нарушать работу клеток, — сказал соавтор Питер Фреддолино. — Это исследование показывает, какие метаболические пути могут быть задействованы».

Итоги и дальнейшие шаги

В общей сложности потребление сахара повлияло на 20 метаболитов в дополнение к NAA и кинуренину. Следующим шаком команды будет изучение того, как изменения в этих метаболитах влияют на мозг, изменяя потребление пищи и воздействуя на сон, обучение и память.