При пищевом отравлении человек может некоторое время не хотеть снова есть то, от чего он заболел, то же самое происходит и с плодовыми мушками (Drosophila melanogaster).
В исследовании, опубликованном 21 июля в журнале Nature, ученые установили, что после пищевой бактериальной инфекции глиальные клетки и нейроны в мозге мухи взаимодействуют таким образом, что подавляют обоняние и защищают животных от повторного поедания пищи, содержащей патоген. Авторы открыли механизм, который на генетическом, нейронном и организменном уровне связывает бактерии в кишечнике с поведением. Возможно, это один из основных способов, с помощью которого хорошие или плохие микроорганизмы в нашем кишечнике влияют на наш мозг.
В кишечнике мух накапливаются повреждения эпителия, вызванные бактериальным дисбиозом - нарушением микробиоты, меняющейся с возрастом, - что приводит к высвобождению воспалительных цитокинов и может быть связано с нейродегенерацией. Предыдущие исследования показали, что плодовые мушки с возрастом теряют обоняние, показалось соавтору исследования Хенрику Джасперу хорошей системой для проверки того, влияет ли возрастное воспаление в кишечнике на мозг. Кроме того, предыдущие работы показали, что потеря способности чувствовать запахи может быть ранним признаком нейродегенерации у людей. Джаспер и его коллеги начали с воспроизведения опубликованных результатов и подтвердили, что обонятельное восприятие у мух снижается с возрастом. Затем они задались вопросом, достаточно ли вызвать воспалительные процессы в кишечном эпителии, чтобы вызвать это изменение у молодых мух.
Исследователи предоставили молодым мухам выбор между обычной пищей и пищей, содержащей несмертельный кишечный патоген (Erwinia carotovora carotovora 15). Мухи выбирали корм с бактериями, если только они не были ранее инфицированы микробом, в противном случае они отдавали предпочтение обычному корму. После инфицирования мухи стали хуже распознавать как привлекательные, так и неприятные запахи, что указывает на то, что изменение предпочтения пищи с бактериями было вызвано преходящим снижением обоняния. "Мы довольно быстро поняли, что такое снижение или изменение обоняния является адаптивным процессом у молодых мух, у которых воспаление кишечника происходит естественным образом после попадания в организм энтеропатогенов", - говорит Джаспер в интервью The Scientist.
После того, как ученые выяснили, какие цитокины выделяются инфицированным кишечником, они смогли предположить, какие механизмы могут быть затронуты. Одним из главных кандидатов был сигнальный путь JAK-STAT, известный тем, что он передает сигналы между клетками, такие как сигналы от цитокинов, для контроля экспрессии последующих генов в различных контекстах, включая пролиферацию клеток и воспаление. Многие аспекты этого механизма функционально консервативны у дрозофилы и млекопитающих. Проведя поиск, исследователи обнаружили, что изменению обоняния способствует усиление сигнализации JAK-STAT, запускаемой воспалительными цитокинами из кишечника после бактериальной инфекции.
В этом случае глиальные клетки в обонятельной луковице, но не нейроны, активировали STAT, вызывая сдвиг в экспрессии генов, участвующих в метаболизме лактата, показали авторы. Глия обычно служит метаболической поддержкой для нейронов, обеспечивая нейроны молекулами, необходимыми для их функционирования. Происходит "преходящее отключение лактатного транспорта и накопление липидов в глии", что нарушает обоняние, но этот процесс восстанавливается, как только воспаление отступает, объясняет Джаспер.
"Такие исследования очень радуют, потому что они раскрывают немного больше того, как мы конструируем нашу реальность и как во многих случаях патологические состояния искажают эту реальность",
- пишет в письме The Scientist нейробиолог Эдгар Сория-Гомес, который не принимал участия в работе. Следующим шагом будет изучение того, активируются ли подобные пути при вирусных инфекциях или инфекциях другими видами бактерий, добавляет он. "В любом случае, эти результаты прекрасно подчеркивают тесную взаимосвязь между различными системами организма".
Группа Джаспера обнаружила, что возрастное воспаление в кишечнике также запускает тот же механизм JAK-STAT от кишечника к глии, что приводит к необратимым изменениям в обонянии у стареющих мух. "У молодых мух это защитный механизм... который позволяет им в основном избегать пищи с бактериями, - говорит Джаспер. Но при старении, по мере развития микробного дисбиоза, возникает "хроническая воспалительная реакция эпителия, которая затем приводит к хроническому высвобождению этих воспалительных цитокинов, [и] хронической активации JAK-STAT сигнализации в глии", - объясняет он.
Один из открытых вопросов заключается в том, насколько консервативен этот путь у других животных и как воспаление связано с нейродегенерацией. Если у мухи наличие определенного микробиома запускает механизмы, схожие со старением может ли это быть объяснением того, почему некоторые люди заболевают нейродегенеративными заболеваниями раньше других?
