Важный прорыв в расшифровке этих очень сложных взаимосвязей был теперь достигнут исследовательской группой из Зоологического института Кильского университета. Используя пресноводный полип гидры в качестве модельного организма, исследователи из Киля и их международные коллеги исследовали, как простая нервная система этих животных взаимодействует с микробиомом. Они впервые смогли продемонстрировать, что небольшие молекулы, секретируемые нервными клетками, помогают регулировать состав и колонизацию определенных типов полезных бактерий вдоль столба тела гидры. «До сих пор нейронные факторы, влияющие на бактериальную колонизацию организма, были в значительной степени неизвестны. Мы смогли доказать, что нервная система играет здесь важную регулирующую роль», — подчеркивает профессор Томас Бош, биолог эволюционного развития и представитель Центра совместных исследований.
1182 «Происхождение и функции метаорганизмов», финансируется Немецким научным фондом (DFG). Ученые опубликовали свои новые результаты в Nature Communications.Исследовательская группа под руководством Боша использовала пресноводный полип гидры в качестве модельного организма, чтобы выяснить фундаментальные принципы структуры и функции нервной системы.
Гидра представляет собой эволюционную древнюю ветвь животного мира; у них простой план тела с нервной сетью, состоящей всего из 3000 нейронов. Применение современных экспериментальных технологий к этим организмам, которые, несмотря на их простоту, все еще имеют большое молекулярное сходство с нервными системами позвоночных, позволило идентифицировать древние и, следовательно, фундаментальные принципы структуры и функции нервной системы.Используя эту модель организма, исследователи из Кильского университета рассмотрели вопрос о том, как вещества-мессенджеры, вырабатываемые нервной системой, известные как нейропептиды, контролируют взаимодействие и коммуникацию между хозяином и микробами.
Они собрали клеточные, молекулярные и генетические данные, чтобы показать, что нейропептиды обладают антибактериальной активностью, которая влияет как на состав, так и на пространственное распределение колонизирующих микробов.Чтобы выявить связи между нейропептидами и бактериальными сообществами, исследователи из Киля сначала сосредоточились на развитии нервной системы пресноводного полипа, от стадии яйца до взрослого животного.
У книдарийцев полная нервная система развивается примерно за три недели. В течение этого периода развития бактериальные сообщества, покрывающие поверхность животного, радикально изменяются, пока, наконец, не сформируется стабильный состав микробиома. Под влиянием антимикробного действия нейропептидов концентрация так называемых грамположительных бактерий, подгруппы бактерий, резко снижается в течение примерно четырех недель. В конце процесса созревания преобладает типичный состав микробиома, в котором преобладают грамотрицательные бактерии Curvibacter.
Поскольку нейропептиды продуцируются только в определенных областях тела, они также контролируют пространственную локализацию бактерий вдоль столба тела. Так, например, в области головы наблюдается сильная концентрация антимикробных пептидов, в результате чего бактерий Curvibacter в шесть раз меньше, чем на щупальцах.Основываясь на этих наблюдениях, ученые пришли к выводу, что в ходе эволюции нервная система также участвовала в контролирующей роли микробиома в дополнение к его сенсорным и моторным задачам. «Результаты также важны в контексте эволюции.
Поскольку предки этих животных изобрели нервную систему, кажется, что взаимодействие между нервной системой и микробиомом является древней особенностью многоклеточных животных. Поскольку простая конструкция Гидры имеет большая базовая и трансляционная значимость и обещает выявить новые и неожиданные базовые особенности нервной системы, поэтому дальнейшие исследования взаимодействия между организмом и бактериями будут больше концентрироваться на нейронных аспектах », — сказал Босх, чтобы подвести итог значимости работы.