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细菌可以调节苍蝇运动背后的神经回路

一项新的研究为“与你的直觉一致”意味着什么。发表在“自然”杂志上的研究结果表明,肠道细菌可以控制果蝇的运动并识别这种反应中涉及的神经元。该研究得到了美国国立卫生研究院的国家神经疾病和中风研究所(NINDS)的支持。

“这项研究为肠道和大脑之间的联系提供了额外的证据,特别是概述了肠道细菌如何影响行为,包括运动,”NINDS项目主任Margaret Sutherland博士说。

由帕萨迪纳加州理工学院微生物学教授Sarkis K. Mazmanian博士和研究生Catherine E. Schretter领导的研究人员观察到,无菌携带细菌的无菌蝇过度活跃。例如,他们走得更快,距离更远,而且休息时间比具有正常微生物水平的苍蝇短。Mazmanian博士及其团队研究了肠道细菌可能影响果蝇行为的方法。

“运动对许多活动很重要,例如交配和寻找食物。事实证明,肠道细菌可能对动物的基本行为至关重要,”Mazmanian博士说。

果蝇携带5到20种不同的细菌,Mazmanian博士的团队用这些微生物的个体菌株处理无菌动物。当苍蝇接受短乳杆菌时,它们的运动减慢到正常速度。短乳杆菌是仅有的两种细菌之一,可以恢复无菌蝇的正常行为。Mazmanian博士的研究小组还发现,分离木糖异构酶(Xi)是一种分解糖并在短乳杆菌中发现的蛋白质,可能对这一过程至关重要。分离分子并用它处理无菌蝇足以减慢速度行走者的速度。

另外的实验表明,Xi可以通过微调某些碳水化合物的水平来调节运动,例如海藻糖,海藻糖是苍蝇中发现的主要糖类,与哺乳动物葡萄糖相似。给予Xi的果蝇的海藻糖含量低于未经处理的无菌果蝇。当经过Xi处理的苍蝇(表现出正常行为)单独给予海藻糖时,它们恢复了快速运动,这表明糖能够逆转Xi的影响。接下来,研究人员调查了苍蝇的神经系统,看看哪些细胞参与了细菌导向的运动。当Mazmanian博士的团队开启产生化学章鱼的神经元时,这种激活抵消了短乳杆菌对无菌蝇的影响。结果,先前在接受细菌或Xi后减速的果蝇恢复了它们的速度行走行为。在具有正常细菌水平的果蝇中开启产生章鱼胺的神经细胞也使它们移动得更快。然而,激活产生其他脑化学物质的神经元并不影响苍蝇的运动。

根据Mazmanian博士,Schretter及其同事的说法,Xi可能正在监测苍蝇的代谢状态,包括营养水平,然后向章鱼素神经元发出信号,无论它们是否应该开启或关闭,从而导致行为改变。

哺乳动物代替章鱼胺,产生一种名为去甲肾上腺素的类似化学物质,已被证明能控制运动。“肠道细菌可能在哺乳动物运动中扮演类似的角色,甚至在帕金森病这样的运动障碍中,”Mazmanian博士说。需要更多的研究来了解细菌是否能控制其他物种的运动,包括哺乳动物。此外,未来的研究将进一步研究习近平如何参与这些行为。

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