秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans)或秀麗隱桿線蟲(C.elegans)是具有小腦的微小蠕蟲 - 它們的整個身體是鉛筆尖的寬度并且僅包含302個神經(jīng)元。這些線蟲在腐爛的植被，食用細菌和避開掠食者的過程中活出了兩周的壽命。然而，秀麗隱桿線蟲并不總是過著這種簡單的生活方式。在環(huán)境壓力下 - 例如當過度擁擠導(dǎo)致缺乏食物時 - 這些生物可以切換到生存模式，停止老化幾個月并試圖通過附著到其他動物搭便車到新的位置。

加州理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種有限神經(jīng)系統(tǒng)的蠕蟲如何能夠如此徹底改變其行為。這些發(fā)現(xiàn)可能對了解寄生線蟲如何發(fā)現(xiàn)和感染宿主有影響。

這項工作是在Bren生物學(xué)教授Paul Sternberg的實驗室完成的。這項研究在最近出現(xiàn)在美國國家科學(xué)院院刊上的一篇論文中有所描述。

當秀麗隱桿線蟲蠕蟲意識到其環(huán)境過于擁擠且食物不足時，它會轉(zhuǎn)變?yōu)樗^的持久狀態(tài)。這些dauer蠕蟲能夠停止發(fā)育和喂養(yǎng)，并能在這種狀態(tài)下生存六到八個月。

同時，這些蠕蟲不能永遠存在于這種生存模式中，必須遷移到更好的位置。然而，秀麗隱桿線蟲通常只能在不移動很遠的情況下蠕動，這意味著它們無法擺脫首先引發(fā)持久狀態(tài)的惡劣條件。因此，他們需要搭乘其他動物，如蝸牛或蒼蠅。要做到這一點，一只蠕蟲就會發(fā)出命令，這是一個蠕蟲直立在它的尾巴上并且劇烈揮動的過程，就像試圖叫出租車一樣。通常情況下，秀麗隱桿線蟲蠕蟲不會發(fā)號施令。但是當dauer蠕蟲這樣做時，他們更有可能抓住一只過往的動物。此外，雖然秀麗隱桿線蟲通常被二氧化碳排斥(因為氣體可能是由附近的捕食者發(fā)出的)，

這些激烈的行為改變已經(jīng)存在多年，但問題仍然存在：具有如此微小神經(jīng)系統(tǒng)的蠕蟲如何能夠獲得與其正常狀態(tài)截然不同的行為?

“我們決定建立在前研究生Oren Schaedel [Ph.D。'10]之前的工作基礎(chǔ)上，他們測量了線蟲中所有20,000個基因的表達水平，”研究生和共同第一作者James Siho說。李。“觀察基因表達如何隨著蠕蟲進入dauer模式而改變，我們發(fā)現(xiàn)有8,000個基因受到影響 - 這個比例很大!特別是，我們注意到編碼某些類型的神經(jīng)信號分子的基因被稱為神經(jīng)肽，這些基因被顯著上調(diào)，我們選擇專注于神經(jīng)肽，看看我們是否能夠發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于蠕蟲的有限神經(jīng)系統(tǒng)如何能夠?qū)崿F(xiàn)如此劇烈的行為改變。“

神經(jīng)元物理連接在一起形成具有稱為突觸的結(jié)構(gòu)的電路。神經(jīng)元通過這些突觸向其他連接的神經(jīng)元發(fā)送化學(xué)和電信號，就像直接與選定的一群人說話一樣。然而，神經(jīng)元也可以通過釋放稱為神經(jīng)肽的化學(xué)物質(zhì)向群眾發(fā)送大規(guī)模消息呼喊，這些化學(xué)物質(zhì)通過細胞間隙泛濫并向可能未通過突觸連接的神經(jīng)元發(fā)出信號。

加州理工學(xué)院的研究小組發(fā)現(xiàn)，當秀麗隱桿線蟲進入dauer狀態(tài)時，超過一半的編碼神經(jīng)肽的基因被激活得更強，這表明這些蠕蟲正在發(fā)送更多的大量信息。

“我們想知道這種神經(jīng)肽的增加是否導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)閐auer。為了測試這一點，我們使用了一種突變的秀麗隱桿線蟲菌株，它在基因sbt-1中有缺陷，它控制著很大一部分神經(jīng)肽，”畢業(yè)生說。學(xué)生和共同第一作者Pei-Yin Shih。“我們發(fā)現(xiàn)神經(jīng)肽的總體水平降低使得處于壓力下的動物進入持久狀態(tài)的可能性大大降低。”

sbt-1突變體對二氧化碳沒有任何吸引力，并且它們的聽寫是微弱的，這表明神經(jīng)肽的增加是秀麗隱桿線蟲真正進入持久生存模式并獲得尋求載體行為的關(guān)鍵要求。

“這些動物不只是在休眠 - 它們實際上是由它們的環(huán)境觸發(fā)來重新連接自己的大腦，”Shih說。

在dauer階段期間增加的一個特定神經(jīng)肽子集是一個進化古老的組織，稱為FMRFamides。許多寄生線蟲是世界上數(shù)百萬人的疾病，也含有FMRFamides。

“寄生線蟲在其生命周期中只有一個階段，它們真正具有感染性，必須找到宿主，”李說。“在這個階段，他們不喂，他們收縮了下來，他們非常持久，等等。因此，我們現(xiàn)在是有興趣，如果我們已經(jīng)了解了線蟲的神經(jīng)肽可以結(jié)轉(zhuǎn)到寄生蠕蟲因為FMRFamide家族似乎能夠獲得秀麗隱桿線蟲中新的尋求載體的行為，我們認為研究FMRFamides可能會揭示破壞寄生線蟲寄主尋求行為的策略，并將揭示神經(jīng)系統(tǒng)如何加載不同情況下的不同功能和行為。“

該論文的標題是“FMRFamide樣肽可以擴展密集連接的神經(jīng)系統(tǒng)的行為特征。”