naukowcy od dziesięcioleci wiedzą, że to, co jemy, może zmienić równowagę drobnoustrojów w naszych układach trawiennych. Wybór między kanapką BLT lub jogurtowym parfaitem na lunch może zwiększyć populację niektórych rodzajów bakterii, a zmniejszyć liczbę innych-a wraz ze zmianą ich względnej liczby wydzielają różne substancje, aktywują różne geny i wchłaniają różne składniki odżywcze.
a te wybory żywieniowe to chyba droga dwukierunkowa. Wykazano również, że drobnoustroje jelitowe wpływają na dietę i zachowanie, a także na lęk, depresję, nadciśnienie i wiele innych warunków. Ale dokładnie jak te biliony maleńkich gości-zwanych wspólnie mikrobiomem-wpływają na nasze decyzje o tym, które produkty spożywcze włożyć do naszych ust, było tajemnicą.
teraz neurolodzy odkryli, że specyficzne rodzaje flory jelitowej pomagają zwierzęciu gospodarza wykryć, których składników odżywczych brakuje w jedzeniu, a następnie dokładnie miareczkować, ile tych składników odżywczych gospodarz naprawdę potrzebuje jeść. „To, co bakterie robią dla apetytu, jest jak optymalizacja czasu jazdy samochodu bez konieczności dodawania więcej benzyny do zbiornika”, mówi starszy autor Carlos Ribeiro, który bada zachowania żywieniowe Drosophila melanogaster, rodzaju muszki owocowej, w Champalimaud Center for the Unknown w Lizbonie.
w artykule opublikowanym niedawno w PLOS Biology, Ribeiro i jego zespół zademonstrowali, w jaki sposób mikrobiom wpływa na decyzje żywieniowe drosophila. Po pierwsze, karmiono jedną grupę much roztworem sacharozy zawierającym wszystkie niezbędne aminokwasy. Inna grupa dostała mieszankę, która miała niektóre aminokwasy potrzebne do produkcji białka, ale brakowało niezbędnych aminokwasów, których gospodarz nie może sam syntetyzować. W przypadku trzeciej grupy much naukowcy usuwali niezbędne aminokwasy z pożywienia jeden po drugim, aby określić, który został wykryty przez mikrobiom.
po 72 godzinach na różnych dietach, muchy we wszystkich trzech grupach zostały przedstawione w formie bufetu oferującego Zwykle słodki roztwór obok drożdży bogatych w białko. Naukowcy odkryli, że muchy w dwóch grupach, których diecie brakowało jednego niezbędnego aminokwasu, mają silne pragnienie drożdży, aby nadrobić brakujące składniki odżywcze. Ale kiedy naukowcy zwiększyli pięć różnych rodzajów bakterii znajdujących się w przewodach trawiennych much-Lactobacillus plantarum, L. brevis, Acetobacter pomorum, Commensalibacter intestini i Enterococcus faecalis—muchy całkowicie straciły chęć jedzenia większej ilości białka.
naukowcy odkryli, że poziom aminokwasów u much był nadal niski, co wskazuje, że bakterie nie zastępowały po prostu składników odżywczych, których brakuje w diecie much, produkując same aminokwasy. Zamiast tego drobnoustroje funkcjonowały jako małe fabryki metaboliczne, przekształcając otrzymaną żywność w nowe chemikalia: metabolity, które według naukowców mogą mówić zwierzęciu gospodarzowi, że mogą przetrwać bez aminokwasów. W wyniku tej sztuczki mikrobiologicznej muchy były w stanie kontynuować reprodukcję, na przykład—mimo że niedobór aminokwasów Zwykle hamuje wzrost i regenerację komórek, a tym samym rozmnażanie, wyjaśnia Ribeiro.
dwa rodzaje bakterii były szczególnie skuteczne w wpływaniu na apetyt much w ten sposób: Acetobacter i Lactobacillus. Zwiększenie obu wystarczyło, aby stłumić apetyt much na białko i zwiększyć ich apetyt na cukier. Te dwie bakterie przywróciły również zdolności reprodukcyjne much, wskazując, że ich ciała wykonywały normalne funkcje, które zwykle są ograniczone, gdy występuje niedobór składników odżywczych. „Sposób, w jaki mózg radzi sobie z tym handlem informacjami odżywczymi, jest bardzo fascynujący, a nasze badania pokazują, że mikrobiom odgrywa kluczową rolę w informowaniu zwierzęcia, co ma robić”, mówi Ribeiro.
następnie zespół usunął enzym potrzebny do przetworzenia aminokwasu tyrozyny U Much, co sprawiło, że muchy musiały otrzymywać tyrozynę za pośrednictwem pożywienia, podobnie jak inne niezbędne aminokwasy. Co zaskakujące, okazało się, że Acetobacter i Lactobacillus nie były w stanie stłumić łaknienia tyrozyny w zmodyfikowanych much. „To pokazuje, że mikrobiom jelitowy ewoluował, aby miareczkować tylko normalne spożycie niezbędnych aminokwasów”, wyjaśnia Ribeiro.
badania dodają nowe spojrzenie na koewolucję drobnoustrojów i ich gospodarzy. „Wyniki pokazują, że istnieje unikalna ścieżka, która współwystępuje między zwierzętami a bakteriami rezydującymi w ich jelitach, i istnieje oddolna komunikacja na temat diety”, mówi Jane Foster, która jest neurobiologiem na Uniwersytecie McMaster w Ontario i nie jest związana z badaniem.
chociaż badania nie precyzują dokładnego mechanizmu komunikacji, Ribeiro uważa, że może ona przybierać różne formy. Silne dowody z badań wskazują, że metabolity pochodzenia mikrobiologicznego przenoszą informacje z jelit do mózgu, informując gospodarza, czy potrzebuje określonego rodzaju pożywienia. „Jedną z wielkich ewolucyjnych tajemnic jest to, dlaczego straciliśmy zdolność do produkcji niezbędnych aminokwasów”, mówi. „Być może te metabolity dawały zwierzętom więcej swobody, aby być niezależnym od tych składników odżywczych i czasami radzić sobie bez nich.”
drobnoustroje mogą mieć własne ewolucyjne powody do komunikowania się z mózgiem, dodaje. Po pierwsze, żywią się tym, co żywi zwierzę. Po drugie, potrzebują zwierząt gospodarzy, aby były społeczne, aby goście mogli rozprzestrzeniać się po populacji. Dane są ograniczone do modeli zwierzęcych, ale Ribeiro uważa, że komunikacja jelitowo-mózgowa może zapewnić podatny grunt do opracowania terapii dla ludzi w przyszłości. „To interesujące okno terapeutyczne, które można wykorzystać do poprawy zachowań związanych z dietą”, mówi.
