Отсутствие микробиома сделало дрозофил гиперактивными

Кишечные бактерии оказывают влияние на двигательную активность мух-дрозофил — дрозофилы без микробиома передвигаются быстрее и дольше, чем мушки с микробиомом. На подвижность мух влияет белок ксилоизомераза, вырабатываемый одной из преобладающих в микробиоме бактерией Lactobacillus brevis, говорится в исследовании, опубликованном в Nature.

Исследования поведения животных в первую очередь сосредоточены на центральной нервной системе и в последнее появляются данные о том, что связь между кишечником и мозгом может влиять на такие поведенческие аспекты как тревога, познавание и социальные взаимодействия. Не так давно стало известно, что кишечный микробиом влияет на развитие и особенности работы нервной системы у мышей. Однако, влияют ли кишечные бактерии на двигательную активность, и если да, то как это происходит, до сих пор было неизвестно.

Кэтрин Шреттер (Catherine E. Schretter) из Калифорнийского Технологического института в США и ее коллеги решили исследовать взаимодействие микробиома и его хозяина на классическом лабораторном объекте — плодовой мушке (Drosophila melanogaster). Ученые наблюдали за передвижением самок мушек нескольких генетических линий в присутствии и в отсутствии кишечной флоры. Когда мушки были выращены без микробиоты в кишечнике, они становились гиперактивными — средняя скорость их перемещения и продолжительность периодов ходьбы были выше, а паузы между перемещениями были короче, чем у мушек с нормальной микробиотой. Мушки выращенные с нормальной кишечной микробиотой, но накормленные антибиотиками, также демонстрировали гиперактивность.

В кишечнике дрозофил обитает от пяти до 20 видов бактерий, два вида доминируют, имея примерно одинаковую плотность населения — Lactobacillus brevis и Lactobacillus plantarum, поэтому именно на эти бактерии ученые обратили внимание в первую очередь. У полностью сформированных особей дрозофил без кишечной флоры, которым заселили только Lactobacillus brevis, произошло снижение подвижности, в то время как заселение Lactobacillus plantarum не повлияло на активность. При этом введение мухам убитых клеток Lactobacillus brevis не влияло на активность, — следовательно, на активность мухи влияют только метаболически активные бактерии.

С помощью биохимическиго анализа исследователи обнаружили белок ксилоизомеразу, который мог быть фактором, влияющим на подвижность, так как присутствовал только в Lactobacillus brevis и Escherichia coli. Этот белок вызывает обратимую изомеризацию некоторых сахаров. Введение мухам ксилоизомеразы снизило подвижность мух-дрозофил, так что, похоже, именно этот белок влияет на активность дрозофил. Авторы предполагают, что это происходит с помощью изомеризации ключевых углеводов, например, трегалозы.

Чтобы подтвердить свое предположение, авторы сделали генномодифицированные бактерии Lactobacillus brevis, у которых был удален ген ксилоизомеразы. Оказалось, что модифицированный штамм действительно не влияет на подвижность мушек. Исследователи отмечают, что необходима дальнейшая работа для определения нейронов и процессов, происходящих в нервной системе под влиянием бактериальной ксилоизомеразы, а также эксперименты на других модельных организмах.

Исследования микробиома в последние годы очень популярны и дают много интересных результатов. Ранее мы писали о том, что микробиом регулирует экспрессию целого ряда генов у многих видов, микробиом марафонцев превратят в пищевые добавки, а по следам микробиома можно будет опознать преступника.

Александра Кочеткова