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《Nature》肠道共生细菌左右大脑行为决策!

肠道细菌虽小,但可能不仅影响宿主动物的消化健康,而且甚至能左右宿主行为。根据《Nature》杂志的一项新研究,线虫体内的特定肠道细菌可能会改变动物的行为,指导其进食决定。这项研究部分由美国国立卫生研究院资助。

支持这项研究的美国国立卫生研究院(NIH)国家神经疾病与中风研究所(NINDS)项目主任Robert Riddle说:“我们不断发现肠道细菌在胃以外的地方扮演着令人惊讶的角色。在这里,肠道细菌影响着动物感知环境的方式,并导致动物向同一细菌的外部来源移动。肠道细菌让它们的同类变得更美味。”

布兰代斯大学的研究人员,由该论文的作者、博士后Michael O'Donnell博士和生物学教授Piali Sengupta博士对肠道细菌是否有可能控制宿主动物的行为感兴趣。研究小组调查了肠道细菌对线虫如何嗅出并选择下一餐的影响。

接下来,研究人员想知道细菌是如何控制线虫行为的。在这项研究中,研究人员测量了食用不同菌株细菌的线虫对辛醇的反应,辛醇是一些细菌分泌的一种大酒精分子,线虫通常避免食用存在高浓度辛醇的食物。

O'Donnell博士和同事发现,在产碱普罗威登斯菌(JUb39)上生长的线虫与在其他细菌上生长的线虫相比,对辛醇不太敏感。奇怪的是,他们发现在反而向辛醇方向移动的线虫的肠道中存在着活的JUb39细菌,这表明这种行为可能部分由这些细菌产生的物质决定。

O'Donnell博士说:“我们能够把从微生物到行为的各个点连接起来,并确定这一过程中可能涉及的整个途径。”

脑化学物质酪胺(tyramine)可能在这种反应中起重要作用。在线虫体内,酪胺被转化为化学物质真蛸胺(octopamine),真蛸胺作用于控制回避行为的感觉神经元上的受体。这项研究的结果表明,细菌产生的酪胺增加了真蛸胺的水平,这使得线虫对辛醇的耐受性更强。

通过其他行为测试,研究人员发现,不产生酪胺的基因工程线虫即时携带JUb39细菌辛醇回避也不受影响抑制。这表明细菌产生的酪胺可能能够补偿这些动物体内缺失的内源性酪胺。

另外的实验表明,生长在JUb39上的线虫比其他细菌食物来源更喜欢吃这种细菌。细菌产生的酪胺也被发现是这个决定所必需的。

Sengupta博士说:“通过这种方式,细菌可以控制宿主动物的感官决策过程,这会影响它们对气味的反应,并可能影响食物的选择。”

未来的研究将确定由细菌产生的可能与改变其他行为有关的额外脑化学物质。尽管线虫和哺乳动物共享许多相同的基因和生化过程,但尚不清楚在高阶动物中是否存在类似的途径和结果。

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