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缺乏必需氨基酸促使动物寻找富含蛋白质的酵母和肠道细菌
【字体： 大 中 小 】 时间：2025年10月28日 来源：news-medical
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尚帕利莫基金会 (CF) 的一项新研究揭示，仅仅缺少一种必需氨基酸就会改变基因表达和大脑的感觉系统，促使动物寻找富含蛋白质的酵母和肠道细菌，帮助它们恢复营养平衡并在需要时生存。
尚帕利莫基金会 (CF) 的一项新研究揭示，仅仅缺少一种必需氨基酸就会改变基因表达和大脑的感觉系统，促使动物寻找富含蛋白质的酵母和肠道细菌，帮助它们恢复营养平衡并在需要时生存。
奶酪和巧克力或许无法吸引果蝇的味蕾，但对于一只饥饿且营养匮乏的果蝇来说，它们的气味却携带着隐藏的信号。当这些微小的昆虫被剥夺某些氨基酸（蛋白质的组成部分）时，它们会进化出一种令人惊讶的灵敏嗅觉，这不仅能帮助它们追踪食物，还能帮助它们追踪发酵食品中的特定细菌。
多年来，科学家们已经知道，动物能够感知到某些营养物质的缺失，并会主动寻找食物来补充。然而，大脑如何将这种内在的营养需求转化为行为驱动力，即生理“需求”如何转化为感官“欲望”，这一点至今仍不清楚。这个问题激发了CF行为与代谢实验室的研究人员，该实验室由首席研究员、该研究的资深作者卡洛斯·里贝罗（Carlos Ribeiro）领导。
动物，包括人类，都无法自行合成所需的全部氨基酸。这些所谓的必需氨基酸（eAA）必须从食物中摄取。即使缺少其中一种，人体内部的化学反应也会发生剧烈变化——蛋白质合成会受到影响，新陈代谢会减慢，大脑也会对富含蛋白质的食物产生特殊的胃口。
在果蝇中，这种行为很容易观察到：从它们的饮食中去除一种必需氨基酸，它们就会开始寻找酵母——它们的主要蛋白质来源。但里贝罗的团队想知道大脑中究竟发生了什么，导致了这种转变。
研究人员使用分别缺少十种必需氨基酸中的一种的合成饮食，对十一种不同条件下果蝇头部的RNA（核糖核酸）进行了测序——十种氨基酸缺乏的饮食加上一种完全平衡的对照。这使得他们能够追踪数千个基因的表达如何随着氨基酸缺失而发生变化。
虽然果蝇在所有氨基酸缺失的情况下的行为相似，都表现出更强的进食欲望，但每种氨基酸缺失在基因表达方面都有其独特的“指纹”。尽管存在这些差异，但有些基因无论缺失哪种氨基酸都会以相同的方式发生变化。
Gili Ezra-Nevo，该研究的第一作者
在这些共同的变化中，有一种模式尤为突出：两种与嗅觉相关的嗅觉受体基因，在氨基酸缺乏时持续上调。这两个基因——Or92a 和 Ir76a——成为理解果蝇嗅觉如何进行微调以满足自身需求的关键。
第一个受体Or92a已知会对二乙酰产生反应——这种分子赋予了黄油味爆米花独特的香气，并形成了葡萄酒和啤酒的气味。酵母在发酵过程中会产生二乙酰，而酵母含有所有必需氨基酸，因此当果蝇缺乏蛋白质时，这种气味会特别吸引人也就不足为奇了。
当研究人员测试缺乏Or92a基因的果蝇时，这些昆虫仍然可以找到酵母，但对酵母的摄食量却减少了。“它们能闻到酵母的气味，但味道对它们来说就没那么好了，”Ezra-Nevo解释说。“这是因为嗅觉不仅仅是用来寻找食物的——它还参与了味道的辨别和适口性的评估。”
研究团队更进一步，使用了一种不产生双乙酰的酵母突变菌株。结果还是一样：果蝇的进食意愿降低了。失去这一关键的嗅觉线索会扰乱它们的味觉，使食物的吸引力降低。就像人类鼻塞时会失去食欲或对食物的享受一样，果蝇也依赖嗅觉和味觉之间的密切相互作用来调节进食。
第二种受体 Ir76a 则更加神秘。研究人员查阅了微生物学和食品科学文献，发现奶酪和巧克力等发酵食品会释放一种名为 PEA 的化合物，这种化合物可以激活 Ir76a。
测试表明，苍蝇的嗅觉神经元对巧克力的气味反应强烈，但对奶酪的气味反应不强烈。他们在大脑中发现了“巧克力神经元”吗？并非如此。由于苍蝇通常不以巧克力或奶酪为食，研究小组进行了更深入的研究，发现了真正的联系：这两种食物都是由乳酸杆菌和醋酸杆菌发酵的，而这些细菌也会产生相同的化合物。
“就在那时，事情豁然开朗，”该研究的共同第一作者西尔维娅·亨里克斯（Sílvia Henriques）说道。“果蝇并不是被巧克力本身吸引的——它们对这些食物中生长的细菌做出了反应。而这些细菌也是果蝇微生物群落的天然居民。 ”
When the researchers exposed flies to live Lactobacillus and Acetobacter bacteria, the Ir76a neurons responded even more strongly. Behavioral experiments confirmed the link: amino-acid-deprived flies actively increased their feeding on bacteria – but only when the bacteria were alive and metabolically active. Dead bacteria no longer triggered feeding. In other words, the flies were seeking the bacteria for their metabolic benefits.
And when the team knocked out the Ir76a receptor, the flies lost interest altogether, even when nutrient-deprived. "This was the most surprising finding", says Ezra-Nevo. "It showed that the flies' sense of smell was literally tuned to detect bacteria, and that this tuning depended on their internal nutritional state. Amino acid deprivation didn't just change neural activity – it changed which receptors were being made in the first place".
Why would a fly seek out bacteria when amino acids are scarce? Previous research had shown that feeding on certain bacteria improves egg production in amino-acid-deprived flies. Other studies have revealed that the gut microbiome can boost amino acid absorption under nutrient-poor conditions by producing enzymes that break down proteins more efficiently.
"By following their nose towards bacteria, it seems the flies have evolved to use microbes as allies, seeking out partners that increase their chances of survival when challenged by amino-acid deprivation", says Henriques.
The parallels to humans are intriguing. Many traditional diets include fermented foods – from kimchi to yoghurt and kefir – long prized for their preservative properties, yet an underappreciated part of their appeal may be that they harbour beneficial bacteria that aid digestion and nutrient absorption.
The findings suggest that our appetite for fermented foods may stem in part from an ancient biological logic. When nutrients are scarce, the body appears to tune its sensory systems to locate what it needs – sometimes by detecting microbes rather than macronutrients.
This study touches on a broader question in biology: how internal physiological states shape perception and behavior. The idea that hunger can alter sensory processing and neural activity isn't new, but this research goes further – showing that, across multiple nutritional deprivations, certain sensory receptors are reprogrammed at the molecular level to enhance fitness.
换句话说，苍蝇的大脑不仅仅是解读饥饿感，它们还在物理上改变感知世界的方式以应对饥饿。虽然我们通常认为感官是固定的，但实际上它们非常活跃。里贝罗实验室的研究表明，当苍蝇缺乏必需氨基酸时，它们的基因表达会发生变化，这有助于它们识别食物——或微生物——从而弥补这种缺陷，并帮助它们适应营养挑战。这是一个引人注目的例子，表明新陈代谢、大脑和行为之间是如何紧密交织的。
