溫暖，保護(hù)，充滿營(yíng)養(yǎng) - 果蠅的微小腸道是一些細(xì)菌的完美棲息地。反過(guò)來(lái)，這些細(xì)菌有助于蒼蠅分解和消化食物，使昆蟲(chóng)的新陳代謝順利進(jìn)行?，F(xiàn)在，加州理工學(xué)院的研究人員已經(jīng)證明，腸道細(xì)菌對(duì)宿主的影響并不局限于新陳代謝 - 它們也會(huì)影響蒼蠅的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)。這項(xiàng)工作是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)微生物組和運(yùn)動(dòng)之間的直接分子和細(xì)胞聯(lián)系的工作。

這項(xiàng)工作是在Sarkis Mazmanian，Luis B.和Nelly Soux微生物學(xué)教授以及遺產(chǎn)醫(yī)學(xué)研究所研究員的實(shí)驗(yàn)室完成的。一篇描述該研究的論文將于10月24日在線發(fā)表在“ 自然 ” 雜志上。

超過(guò)80%的食物被我們的微生物組分解 - 生活在腸道或腸道中的細(xì)菌群落。微生物組調(diào)節(jié)數(shù)千種不同營(yíng)養(yǎng)分子的水平和比例，用于基本上所有的生物功能。Mazmanian實(shí)驗(yàn)室研究腸道微生物組如何影響整個(gè)生物體中的這些過(guò)程和器官。

在前研究生Catherine Schretter的帶領(lǐng)下，加州理工學(xué)院的一個(gè)研究小組開(kāi)始研究果蠅(果蠅)，以確定腸道微生物群對(duì)特定基本行為的影響(如果有的話)：運(yùn)動(dòng)。Schretter現(xiàn)在是霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所Janelia研究園區(qū)的博士后學(xué)者，為她的博士論文做了工作，她于2018年8月進(jìn)行了辯護(hù)。她將于2019年正式獲得學(xué)位。

首先，研究人員將常規(guī)果蠅與正常的腸道微生物組進(jìn)行比較，將果蠅與無(wú)菌的果蠅進(jìn)行比較。無(wú)菌果蠅表現(xiàn)出增加的運(yùn)動(dòng)，過(guò)度活躍地走動(dòng)，類似于饑餓的蒼蠅在尋找食物時(shí)的表現(xiàn)。研究小組發(fā)現(xiàn)，包括短乳桿菌和大腸桿菌在內(nèi)的特定細(xì)菌將蒼蠅的運(yùn)動(dòng)恢復(fù)到正常水平。

這兩種細(xì)菌都產(chǎn)生了一種酶木糖異構(gòu)酶，它們用來(lái)代謝糖。研究人員發(fā)現(xiàn)，木糖異構(gòu)酶對(duì)蒼蠅維持正常運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要。實(shí)際上，當(dāng)這些細(xì)菌經(jīng)遺傳修飾而不產(chǎn)生木糖異構(gòu)酶時(shí)，宿主果蠅表現(xiàn)得過(guò)度活躍，就像沒(méi)有微生物組的蒼蠅一樣。事實(shí)上，僅將木糖異構(gòu)酶加回到無(wú)菌蠅中，使其運(yùn)動(dòng)恢復(fù)正常。

但是腸道中的酶如何影響蒼蠅的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這通常被認(rèn)為是由神經(jīng)元和肌肉控制的?研究小組發(fā)現(xiàn)，木糖異構(gòu)酶的作用被去除了一種稱為章魚(yú)胺的神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)或沉淀的章魚(yú)胺能神經(jīng)元(產(chǎn)生章魚(yú)胺的神經(jīng)元)所抵消，這表明兩者都參與了木糖異構(gòu)酶對(duì)運(yùn)動(dòng)影響的調(diào)節(jié)。例如，如果已經(jīng)過(guò)多地激活了章魚(yú)胺能神經(jīng)元 - 已知其參與運(yùn)動(dòng)和新陳代謝 - 蒼蠅將會(huì)過(guò)度活躍。

雖然木糖異構(gòu)酶影響這些神經(jīng)元的確切機(jī)制仍有待確定，但新工作強(qiáng)烈指出微生物組與運(yùn)動(dòng)神經(jīng)控制之間存在聯(lián)系。

“參與糖代謝的酶與運(yùn)動(dòng)有關(guān)并不奇怪，因?yàn)榇x和運(yùn)動(dòng)對(duì)覓食，交配，逃避掠食者和其他關(guān)鍵行為都至關(guān)重要。我們的工作支持這種聯(lián)系，”Schretter說(shuō)。“這項(xiàng)工作說(shuō)明了不同的器官如何對(duì)整個(gè)有機(jī)體產(chǎn)生全系統(tǒng)的影響。對(duì)我們而言，它是關(guān)于將我們的思維從關(guān)注個(gè)體器官轉(zhuǎn)移到完整的整體觀點(diǎn)。”

“我們知道我們吃的東西會(huì)影響我們的行為。例如，糖會(huì)給我們帶來(lái)快速的能量，”Mazmanian說(shuō)。“但我認(rèn)為我們?cè)谛玛惔x和運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系可能比糖熱更為重要。我們的研究表明，腸道細(xì)菌是調(diào)節(jié)動(dòng)物整體健康狀況及其動(dòng)態(tài)平衡所必需的。”

盡管這一發(fā)現(xiàn)是在簡(jiǎn)單的果蠅中進(jìn)行的，但它提出了在更復(fù)雜的動(dòng)物(如老鼠)中進(jìn)行進(jìn)一步研究的方向。

“有研究表明沒(méi)有微生物組的小鼠表現(xiàn)得過(guò)度活躍，”Mazmanian說(shuō)。“在蒼蠅中響應(yīng)木糖異構(gòu)酶的神經(jīng)元，即章魚(yú)胺神經(jīng)元，在哺乳動(dòng)物中并不直接發(fā)現(xiàn)，但是小鼠確實(shí)具有與章魚(yú)胺類似的對(duì)應(yīng)物，即去甲腎上腺素。這項(xiàng)工作為在哺乳動(dòng)物系統(tǒng)中測(cè)試的假設(shè)和目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。此外，由于我們的實(shí)驗(yàn)室研究患有運(yùn)動(dòng)癥狀的帕金森病，我們對(duì)將腸道和大腦連接起來(lái)作為新藥潛在目標(biāo)的神經(jīng)通路非常感興趣。雖然我們距離這個(gè)現(xiàn)實(shí)還很遠(yuǎn)，但目前的研究提供了概念支持該微生物可調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)的哺乳動(dòng)物。”

該論文的標(biāo)題是“腸道微生物因子調(diào)節(jié)果蠅的運(yùn)動(dòng)行為”。