دانشمندان تغییراتی را در رفتار غذایی هنگام مواجهه با باکتری‌ها کشف کرده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار، باکتری‌هایی که در اوایل زندگی با آنها مواجه می‌شویم می‌توانند مدت‌ها پس از آن بر رفتار تأثیر بگذارند. دانشمندان کشف کرده‌اند که قرار گرفتن در معرض برخی باکتری‌ها در اوایل زندگی، سیستم چشایی مگس‌های میوه را تغییر می‌دهد: آنها در بزرگسالی شروع به اجتناب از غذا‌هایی می‌کنند که حاوی اجزای دیواره سلولی باکتریایی هستند. محققان چگونگی انتقال سیگنال‌ها از میکروب‌های روده به سیستم عصبی و دلیل ماندگاری اثرات آنها پس از دگردیسی لارو به مگس‌های بالغ را ردیابی کردند. ایزوستیا در مورد چگونگی تأثیر باکتری‌ها بر رفتار تغذیه‌ای در طول زندگی گزارش می‌دهد.

باکتری‌ها ترجیحات غذایی را تعیین می‌کنند

این مطالعه بر روی مگس‌های میوه (Drosophila melanogaster) انجام شد. پیش از این، دانشمندان دریافته بودند که تماس بین لارو‌ها و برخی باکتری‌های روده بر پاسخ‌های چشایی در بزرگسالان تأثیر می‌گذارد. به طور خاص، مگس‌هایی که از لارو‌هایی که در معرض باکتری Levilactobacillus brevis قرار گرفته‌اند، رشد کرده‌اند، شروع به اجتناب از غذا‌های حاوی پپتید گلیکان، ماده‌ای که در دیواره سلولی باکتری یافت می‌شود، کرده‌اند. با این حال، یکی دیگر از اعضای رایج میکروبیوتای روده Drosophila، Lactiplantibacillus plantarum، این اثر را ایجاد نکرد. این مطالعه در مجله PLOS Biology منتشر شده است.

در مطالعه جدید خود، محققان تلاش کردند تا سیگنال باکتریایی خاصی را که باعث این تغییر ساختار می‌شود، شناسایی کنند. آنها از مگس‌های میوه‌ای که در شرایط عاری از میکروارگانیسم‌ها پرورش یافته بودند، استفاده کردند و سپس باکتری‌ها یا مواد جداگانه‌ای را به محیط آنها اضافه کردند. معلوم شد که تماس با باکتری‌های زنده برای ایجاد واکنش در مگس‌های بالغ ضروری است: میکروارگانیسم‌های گرم شده و مایعی که در معرض آن قرار گرفتند، این اثر را ایجاد نکردند.

دانشمندان این فرضیه را مطرح کردند که اوراسیل، ماده‌ای که توسط برخی باکتری‌ها ترشح می‌شود، ممکن است نقش کلیدی داشته باشد. برای آزمایش این فرضیه، آنها از باکتری Erwinia carotovora Ecc۱۵ که با نام Pectobacterium carotovorum نیز شناخته می‌شود، استفاده کردند. محققان سویه‌هایی داشتند که در توانایی ترشح اوراسیل متفاوت بودند. لارو‌هایی که در معرض باکتری‌هایی قرار گرفتند که قادر به تولید این ماده بودند، متعاقباً یک پاسخ اجتناب از پپتید ایجاد کردند. سویه‌هایی که ترشح اوراسیل آنها مختل شده بود، این اثر را نشان ندادند.

آزمایش‌های بیشتر، اهمیت خود ماده را تأیید کرد: افزودن اوراسیل خالص‌شده به محیط رشد لارو برای ایجاد تغییرات مشابه کافی بود. با این حال، سایر ترکیبات با ساختار مشابه - سیتوزین و تیمین - این اثر را ایجاد نکردند. بنابراین، دانشمندان اوراسیل را به عنوان یک سیگنال باکتریایی شناسایی کردند که باعث ایجاد تغییرات در رفتار تغذیه‌ای می‌شود.

زمان قرار گرفتن در معرض باکتری‌ها نیز نقش مهمی ایفا کرد. اوراسیل باید در اوایل رشد وجود می‌داشت: در آزمایش‌ها، ۲۴ ساعت پس از قرار دادن تخم‌های استریل شده به محیط کشت اضافه شد. قرار گرفتن در معرض باکتری‌ها به عنوان مگس‌های بالغ، توانایی مگس‌ها را برای اجتناب از غذای حاوی پپتید گلیکان بازیابی نکرد. این نشان می‌دهد که یک دوره رشد خاص وجود دارد که بدن به ویژه به چنین سیگنال‌هایی حساس است.

از روده تا سیستم عصبی

اوراسیل مستقیماً بر نورون‌های چشایی تأثیر نمی‌گذارد. ابتدا آنزیم Duox را در سلول‌های روده فعال می‌کند که باعث تشکیل گونه‌های فعال اکسیژن، از جمله پراکسید هیدروژن، می‌شود. محققان دریافته‌اند که مهار فعالیت Duox یا کاهش سطح گونه‌های فعال اکسیژن با پاسخ بعدی در مگس‌های بالغ تداخل دارد.

سپس این سیگنال توسط نورون‌های حسی لارو واقع در اندام انتهایی - یک ساختار حسی نزدیک قطعات دهانی - دریافت می‌شود. این سلول‌ها حاوی گیرنده Gr۶۶a و کانال یونی TrpA۱ هستند. دانشمندان ثابت کرده‌اند که نوع خاصی از این کانال، TrpA۱-B، برای شروع این فرآیند مورد نیاز است. هنگامی که محققان عملکرد آن را مختل کردند، مگس‌های بالغ توانایی اجتناب از غذای حاوی پپتید گلیکان را از دست دادند.

نتیجه یک زنجیره متوالی است: باکتری‌ها اوراسیل آزاد می‌کنند، روده با تولید گونه‌های فعال اکسیژن پاسخ می‌دهد و نورون‌های حسی سیگنال حاصل را درک می‌کنند. این سیگنال متعاقباً بر نحوه واکنش مگس بالغ به اجزای باکتریایی تأثیر می‌گذارد. آزمایش‌های بیشتر تأیید کرد که مگس‌های بالغ اگر در اوایل زندگی در معرض غذای معمولی قرار بگیرند، آن را به مخلوط حاوی پپتید ترجیح می‌دهند.

یکی از سوالات اصلی حل نشده این است که چگونه تجربیات اولیه بر رفتار مگس بالغ تأثیر می‌گذارد. در طول دگردیسی، سیستم عصبی مگس سرکه دستخوش بازسازی قابل توجهی می‌شود، اما اثرات تماس لارو با باکتری‌ها همچنان ادامه دارد.

در مراحل مختلف رشد، گروه‌های مختلفی از نورون‌ها فعال هستند. در لاروها، سلول‌هایی با گیرنده Gr۶۶a برای شروع این تغییرات لازم هستند. در بزرگسالی، پاسخ به پپتید گلیکان توسط سایر نورون‌های حسی - نورون‌های ppk۲۳ مثبت - واسطه‌گری می‌شود. این نورون‌ها جزء باکتریایی را حس می‌کنند و اجتناب از غذای آلوده را آغاز می‌کنند.

نویسندگان این بررسی چندین توضیح احتمالی را در نظر می‌گیرند. فعالیت عصبی اولیه ممکن است تغییرات پایداری در مدار‌های عصبی که دچار دگردیسی می‌شوند، ایجاد کند. احتمال دیگر این است که قرار گرفتن در معرض باکتری، رشد سیستم‌های حسی بزرگسالان را تغییر می‌دهد. محققان هنوز مکانیسمی را که حفظ اطلاعات را تضمین می‌کند یا اینکه آیا قرار گرفتن در معرض میکروارگانیسم‌ها در اوایل زندگی بر سایر پاسخ‌های نورون‌های ppk۲۳ مثبت تأثیر می‌گذارد، تعیین نکرده‌اند.

هنوز ثابت نشده است که این تغییر ساختار در واقع شانس بقای مگس‌ها را بهبود می‌بخشد یا آنها را در برابر عفونت‌ها محافظت می‌کند. نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که قرار گرفتن زودهنگام در معرض سیگنال‌های میکروبی ممکن است به بدن کمک کند تا تهدیدات بالقوه را از قبل تشخیص دهد، اما این امر نیاز به آزمایش‌های بیشتر دارد. علاوه بر این، آزمایش‌ها روی مگس‌های میوه انجام شد، بنابراین یافته‌ها را نمی‌توان به پستانداران یا انسان‌ها تعمیم داد. این مطالعه یک مکانیسم احتمالی برای تعامل بین میکروبیوم و سیستم عصبی را نشان می‌دهد، اما ثابت نمی‌کند که باکتری‌های روده به طور مشابه ترجیحات غذایی انسان را شکل می‌دهند.