Nature:肠道细菌真的可以控制宿主运动!

【字体: 时间:2018年11月02日 来源:生物通

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  “爱不爱运动”可能与肠道细菌有关,科学解释“跟着直觉走”是怎么回事。

  

国立神经系统疾病和卒中研究所(NINDS)在《Nature》发表的一项新研究不仅证实了肠道细菌可以控制果蝇运动,并识别出了参与该过程的神经元。

“这项研究为肠道与大脑之间的联系提供了额外证据,特别是肠道细菌如何影响行动,包括运动,”NINDS项目主任Margaret Sutherland说。“运动对许多生命活动,比如交配和寻找食物生存等等都很重要。结果表明,肠道细菌对动物的基本行为可能非常关键。”

在加州理工大学微生物学教授Sarkis K. Mazmanian博士带领下,他的研究生Catherine E. Schretter观察到无菌果蝇极度活跃,它们行走更快,步行距离更远,比正常携菌果蝇休息时间短。

果蝇体内携带5至20多种不同细菌,Mazmanian课题组分别用单株细菌处理果蝇,当果蝇接受短乳杆菌(Lactobacillus brevis,L. brevis)时,它们的运动速度减慢到正常水平。短乳杆菌是其中一种(总共两种)能使无菌果蝇行为恢复正常的细菌。

课题组还发现,短乳杆菌用于分解糖的蛋白质,木糖异构酶(xylose isomerase,Xi)可能对这一过程至关重要,分离这种分子并用其处理无菌果蝇,就足以减慢果蝇运动速度。

此外,实验表明Xi可以通过微调某些碳水化合物(例如海藻糖)来调节运动,在果蝇体内海藻糖的地位类似于哺乳动物体内的葡萄糖。用Xi处理的果蝇比未经处理的无菌果蝇体内海藻糖水平低,再给这种果蝇补充海藻糖,它们还会表现为快速运动,换言之,海藻糖似乎可以逆转Xi对果蝇运动的影响。

接下来,研究人员仔细检查了果蝇的神经系统,观察参与“细菌-导向”运动的神经元,当科学家激活章鱼胺(octopamine)生产神经元时,短杆菌对无菌果蝇的行为影响便会消除。

总结,补充细菌或Xi后,无菌果蝇行动放缓;激活携带正常菌群果蝇的章鱼胺生产神经元会使果蝇移动速度加快。激活其他脑化学物质生产神经元并不会影响果蝇活动。研究人员还监测了果蝇的代谢状态,包括营养水平等,反复证实,无论何种情况激活或关闭章鱼胺生产神经元,都会导致果蝇行为改变。

哺乳动物不产章鱼胺,生产另外一种与之类似的化学物质,去甲肾上腺素,这种物质也能控制运动。

“肠道细菌可能也能控制哺乳动物运动,甚至在某些运动障碍情况,如帕金森等疾病中起重要作用,”Mazmanian说。

未来需要更多研究来观察其他物种运动是否也受细菌控制,特别是哺乳动物。另外,他们将进一步探讨Xi是如何参与这些行为。

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原文检索:A gut microbial factor modulates locomotor behaviour in Drosophila

(生物通:伍松)

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