Чтобы сосуществовать с микробами, живущими в организме, хозяин должен обладать чувством, позволяющим ему корректировать свое поведение в ответ на их появление.
В кишечнике ощущение наличия питательных веществ, передаваемое в мозг через нейроэпителиальные цепи, направляет процесс формирования аппетита. Однако чувство, позволяющее хозяину в реальном времени реагировать на стимулы, возникающие в результате жизнедеятельности микроорганизмов, обитающих в кишечнике, до сих пор не обнаружено.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа ученых Университета Дьюка (США) под руководством нейробиолога Диего Бохоркеса, обнаружила то, что они назвали «нейробиотическим чувством» - недавно выявленную систему, позволяющую мозгу в режиме реального времени реагировать на сигналы микробов, живущих в нашем кишечнике. В этом процессе участвуют нейроподы - крошечные сенсорные клетки, выстилающие эпителий толстой кишки. Эти клетки обнаруживают микробный белок и посылают в мозг сообщения, влияющие на аппетит. По мнению авторов, нейробиотическое чувство может стать платформой для более широкого понимания того, как кишечник обнаруживает микробы, влияя на все - от пищевых привычек до настроения, и даже на то, как мозг может влиять на формирование микробиома в ответ. «Нам было интересно, может ли организм чувствовать микробные паттерны в реальном времени, и не только как иммунную или воспалительную реакцию, но и как нейронную реакцию, которая управляет поведением в реальном времени», - рассказал Бохоркес.
Ключевым игроком оказался флагеллин, белок, содержащийся в бактериальных жгутиках. В процессе приема пищи некоторые бактерии кишечника выделяют флагеллин. В то время как предыдущие исследования были посвящены сенсорной передаче питательных веществ в тонком кишечнике, авторы исследования обнаружили, что специализированные клетки толстой кишки, нейроподовые клетки, используют рецептор распознавания образов TLR5 для обнаружения бактериального флагеллина. Затем эти клетки быстро передают сигнал в мозг через блуждающий нерв, чтобы регулировать пищевое поведение.
Исследователи проверили это в экспериментах, подвергнув мышей ночному голоданию, а затем введя им небольшую дозу флагеллина прямо в кишечник. Эти мыши ели меньше. Когда исследователи провели аналогичный эксперимент с мышами, лишенными рецептора TLR5, мыши продолжали есть и набирали вес, что говорит о том, что этот механизм помогает регулировать аппетит. Полученные данные свидетельствуют о том, что флагеллин посылает сигнал через TLR5, позволяя кишечнику сообщить мозгу, что пора прекращать есть.
Важно отметить, что в данном исследовании использовался один тип флагеллина из Salmonella typhimurium, однако бактерии могут быть патогенными или комменсальными в зависимости от конкретного экспрессируемого варианта флагеллина. Поэтому необходимо изучить влияние других молекулярных вариантов флагеллина. Будущие исследования должны использовать развивающиеся технологии для модуляции микробных популяций в режиме реального времени, чтобы изучить влияние колебаний флагеллина независимо от экзогенной индукции.
«Наша работа будет особенно полезна широкому научному сообществу для объяснения того, как микробы влияют на наше поведение», - говорит Бохоркес. "Следующим шагом должно стать изучение того, как конкретные диеты изменяют микробный пейзаж в кишечнике. Это может стать ключевой частью головоломки при таких заболеваниях, как ожирение или психические расстройства".
