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温暖,保护,全面的营养物质的微小的果蝇肠道是一些细菌的一个完美的栖息地。反过来,这些细菌帮助动态分解和消化食物,保持昆虫的新陈代谢顺利进行。现在,加州理工学院的研究人员已经表明,肠道细菌对宿主的影响并不局限于metabolism-they也影响飞行的运动和运动。这项工作是第一个发现直接的分子和细胞微生物和运动之间的联系。
Sarkis Mazmanian的工作是在实验室完成,路易斯·b·和耐莉Soux教授微生物学和传统医学研究所研究员。有一篇描述该研究将于10月24日在线发表于《自然》杂志上。
超过80%的我们所吃的食物被分解的microbiome-the社区生活在我们肠道的菌,或肠道。成千上万的微生物调节水平和比例不同的营养分子,用于基本上所有的生物功能。Mazmanian实验室研究肠道微生物如何影响这些过程在整个有机体和器官。
由前研究生凯瑟琳Schretter,加州理工学院的一组研究人员开始研究果蝇(果蝇)来确定,如果有的话,影响肠道微生物对一个特定的基本行为:运动。Schretter,现在霍华德休斯医学研究所的博士后学者Janelia研究校园执行工作为她的博士论文,2018年8月,她辩护;她将在2019年正式获得她的学位。
首先,研究人员比较了传统苍蝇与正常肠道微生物无菌苍蝇,或缺乏任何在他们的肠道细菌。无菌苍蝇表现出增加的运动,走路活跃,类似于饥饿的果蝇的行为当他们正在寻找食物。研究团队发现特定的细菌,包括短乳杆菌和大肠杆菌,苍蝇的运动恢复到正常水平。
这两种细菌物种产生一种酶,木糖异构酶,他们使用糖代谢。研究人员发现,木糖异构酶是维持正常运动苍蝇的关键。事实上,当这些细菌是转基因不会产生木糖异构酶,主机苍蝇表现活跃,就像苍蝇没有微生物。事实上,增加木糖异构酶的酶无菌苍蝇恢复正常的运动。
但在肠道酶如何影响飞行的汽车运动,这通常被认为是由神经和肌肉控制?研究小组发现,木糖异构酶的影响,否定了切除神经叫章鱼胺或octopaminergic神经元的沉默(神经元产生章鱼胺),这表明两者都参与了木糖异构酶的影响运动的中介。例如,如果有太多的激活octopaminergic神经元已知参与运动和新陈代谢飞将活跃。
尽管木糖异构酶影响这些神经元的确切机制仍有待确定,新的工作强烈点的存在的微生物和神经控制运动之间的联系。
“这并不奇怪,一种酶参与糖代谢与运动,因为代谢和运动都是最基本的觅食、交配、躲避捕食者,和其他关键行为。我们的工作支持此连接,”Schretter说。“这项工作说明不同器官可以对整个生物系统的影响。对我们来说,这是将我们的思想从关注个体器官完整,整体的看法。"
“我们知道我们所吃的食物会影响我们的行为。例如,糖给我们快速的能量爆发,“Mazmanian说。“但是我认为新陈代谢和运动之间的链接我们已经显示可能比糖更基本的高峰。我们的工作表明,肠道细菌是必要的调整的总体健康状况的动物,它的体内平衡。”
虽然这个发现是在简单的果蝇,它表明方向做进一步的研究在更复杂的动物,如老鼠。
“有研究表明没有微生物组的小鼠表现活跃,“Mazmanian说。”神经元响应木糖异构酶在苍蝇,章鱼胺神经元,不是直接发现哺乳动物,但是老鼠有一个类似的与章鱼胺,即去甲肾上腺素。这项工作为假设和目标在哺乳动物系统进行测试。另外,因为我们的实验室研究帕金森病,患者有运动症状,我们非常感兴趣的神经通路连接肠道和大脑作为新药的潜在目标。虽然我们仍然远离这一现实,目前的研究提供了概念上的支持,微生物可能在哺乳动物调节运动。”
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