溫暖,保護(hù),全面的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的微小的果蠅腸道是一些細(xì)菌的一個(gè)完美的棲息地。反過(guò)來(lái),這些細(xì)菌幫助動(dòng)態(tài)分解和消化食物,保持昆蟲(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)表明,腸道細(xì)菌對(duì)宿主的影響并不局限于metabolism-they也影響飛行的運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)。這項(xiàng)工作是第一個(gè)發(fā)現(xiàn)直接的分子和細(xì)胞微生物和運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系。

Sarkis Mazmanian的工作是在實(shí)驗(yàn)室完成,路易斯·b·和耐莉Soux教授微生物學(xué)和傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究所研究員。有一篇描述該研究將于10月24日在線發(fā)表于《自然》雜志上。

超過(guò)80%的我們所吃的食物被分解的microbiome-the社區(qū)生活在我們腸道的菌,或腸道。成千上萬(wàn)的微生物調(diào)節(jié)水平和比例不同的營(yíng)養(yǎng)分子,用于基本上所有的生物功能。Mazmanian實(shí)驗(yàn)室研究腸道微生物如何影響這些過(guò)程在整個(gè)有機(jī)體和器官。

由前研究生凱瑟琳Schretter,加州理工學(xué)院的一組研究人員開(kāi)始研究果蠅(果蠅)來(lái)確定,如果有的話,影響腸道微生物對(duì)一個(gè)特定的基本行為:運(yùn)動(dòng)。Schretter,現(xiàn)在霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的博士后學(xué)者Janelia研究校園執(zhí)行工作為她的博士論文,2018年8月,她辯護(hù);她將在2019年正式獲得她的學(xué)位。

首先,研究人員比較了傳統(tǒng)蒼蠅與正常腸道微生物無(wú)菌蒼蠅,或缺乏任何在他們的腸道細(xì)菌。無(wú)菌蒼蠅表現(xiàn)出增加的運(yùn)動(dòng),走路活躍,類似于饑餓的果蠅的行為當(dāng)他們正在尋找食物。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)特定的細(xì)菌,包括短乳桿菌和大腸桿菌,蒼蠅的運(yùn)動(dòng)恢復(fù)到正常水平。

這兩種細(xì)菌物種產(chǎn)生一種酶,木糖異構(gòu)酶,他們使用糖代謝。研究人員發(fā)現(xiàn),木糖異構(gòu)酶是維持正常運(yùn)動(dòng)蒼蠅的關(guān)鍵。事實(shí)上,當(dāng)這些細(xì)菌是轉(zhuǎn)基因不會(huì)產(chǎn)生木糖異構(gòu)酶,主機(jī)蒼蠅表現(xiàn)活躍,就像蒼蠅沒(méi)有微生物。事實(shí)上,增加木糖異構(gòu)酶的酶無(wú)菌蒼蠅恢復(fù)正常的運(yùn)動(dòng)。

但在腸道酶如何影響飛行的汽車運(yùn)動(dòng),這通常被認(rèn)為是由神經(jīng)和肌肉控制?研究小組發(fā)現(xiàn),木糖異構(gòu)酶的影響,否定了切除神經(jīng)叫章魚(yú)胺或octopaminergic神經(jīng)元的沉默(神經(jīng)元產(chǎn)生章魚(yú)胺),這表明兩者都參與了木糖異構(gòu)酶的影響運(yùn)動(dòng)的中介。例如,如果有太多的激活octopaminergic神經(jīng)元已知參與運(yùn)動(dòng)和新陳代謝飛將活躍。

盡管木糖異構(gòu)酶影響這些神經(jīng)元的確切機(jī)制仍有待確定,新的工作強(qiáng)烈點(diǎn)的存在的微生物和神經(jīng)控制運(yùn)動(dòng)之間的聯(lián)系。

“這并不奇怪,一種酶參與糖代謝與運(yùn)動(dòng),因?yàn)榇x和運(yùn)動(dòng)都是最基本的覓食、交配、躲避捕食者,和其他關(guān)鍵行為。我們的工作支持此連接,”Schretter說(shuō)。“這項(xiàng)工作說(shuō)明不同器官可以對(duì)整個(gè)生物系統(tǒng)的影響。對(duì)我們來(lái)說(shuō),這是將我們的思想從關(guān)注個(gè)體器官完整,整體的看法。"

“我們知道我們所吃的食物會(huì)影響我們的行為。例如,糖給我們快速的能量爆發(fā),“Mazmanian說(shuō)。“但是我認(rèn)為新陳代謝和運(yùn)動(dòng)之間的鏈接我們已經(jīng)顯示可能比糖更基本的高峰。我們的工作表明,腸道細(xì)菌是必要的調(diào)整的總體健康狀況的動(dòng)物,它的體內(nèi)平衡。”

雖然這個(gè)發(fā)現(xiàn)是在簡(jiǎn)單的果蠅,它表明方向做進(jìn)一步的研究在更復(fù)雜的動(dòng)物,如老鼠。

“有研究表明沒(méi)有微生物組的小鼠表現(xiàn)活躍,“Mazmanian說(shuō)。”神經(jīng)元響應(yīng)木糖異構(gòu)酶在蒼蠅,章魚(yú)胺神經(jīng)元,不是直接發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物,但是老鼠有一個(gè)類似的與章魚(yú)胺,即去甲腎上腺素。這項(xiàng)工作為假設(shè)和目標(biāo)在哺乳動(dòng)物系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。另外,因?yàn)槲覀兊膶?shí)驗(yàn)室研究帕金森病,患者有運(yùn)動(dòng)癥狀,我們非常感興趣的神經(jīng)通路連接腸道和大腦作為新藥的潛在目標(biāo)。雖然我們?nèi)匀贿h(yuǎn)離這一現(xiàn)實(shí),目前的研究提供了概念上的支持,微生物可能在哺乳動(dòng)物調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)。”