Badanie przeprowadzone na Uniwersytecie w Bonn zidentyfikowało istotny obwód kontrolny u muszek, który reguluje spożycie pokarmu.
Naukowcy z uniwersytetów w Bonn i Cambridge odkryli kluczowy obwód regulacyjny zaangażowany w proces jedzenia. Ich badania wykazały, że larwy much posiadają wyspecjalizowane czujniki, czyli receptory, zlokalizowane w przełyku, które aktywują się, gdy tylko larwy spożyją pokarm. Receptory te sygnalizują mózgowi potrzebę uwolnienia serotonina podczas połykania jedzenia.
Ta substancja przekaźnikowa – często nazywana również hormonem dobrego samopoczucia – zapewnia larwie dalsze żerowanie. Naukowcy zakładają, że ludzie również mają bardzo podobny obwód kontrolny. Wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Aktualna biologia.
Wyobraź sobie, że jesteś głodny i siedzisz w restauracji. Na stole przed tobą stoi pizza, która pachnie niezwykle zachęcająco. Gryziesz, przeżuwasz i połykasz, i dokładnie w tym momencie czujesz się podniecony: O rany, jakie to było smaczne! Szybko odcinasz kolejny kawałek pizzy i wpychasz go do ust.
Zapach pizzy i jej smak na języku motywują do rozpoczęcia posiłku. Jednak to dobre samopoczucie po przełknięciu jest w dużej mierze odpowiedzialne za to, że kontynuujesz jedzenie. „Ale jak dokładnie działa ten proces? Które obwody nerwowe są za to odpowiedzialne? Nasze badanie dało odpowiedź na te pytania” – mówi prof. dr Michael Pankratz z Instytutu LIMES (akronim od „Life & Medical Sciences”) na Uniwersytecie w Bonn.
Naukowcy nie uzyskali swoich spostrzeżeń od ludzi, lecz zamiast tego badali larwy muszki owocowej Drosophila. Muchy te mają około 10 000 do 15 000 komórek nerwowych – co jest liczbą możliwą do opanowania w porównaniu ze 100 miliardami w ludzkim mózgu. Jednak te 15 000 komórek nerwowych tworzy już niezwykle złożoną sieć: każdy neuron ma rozgałęzione wypustki, przez które kontaktuje się z dziesiątkami, a nawet setkami innych komórek nerwowych.
Po raz pierwszy zbadano wszystkie połączenia nerwowe u larw much
„Chcieliśmy szczegółowo zrozumieć, w jaki sposób układ trawienny komunikuje się z mózgiem podczas spożywania pokarmu” – mówi Pankratz. „Aby tego dokonać, musieliśmy zrozumieć, które neurony biorą udział w tym przepływie informacji i w jaki sposób są one uruchamiane”. Dlatego naukowcy przeanalizowali nie tylko ścieżki wszystkich włókien nerwowych larw, ale także połączenia między różnymi neuronami. W tym celu badacze pocięli larwę na tysiące cienkich jak brzytwa plasterków i sfotografowali je pod mikroskopem elektronowym.
„Do stworzenia trójwymiarowych obrazów z tych zdjęć wykorzystaliśmy wysokowydajny komputer” – wyjaśnia badaczka, która jest także członkiem transdyscyplinarnego obszaru badawczego „Życie i zdrowie” oraz Klastra Doskonałości „ImmunoSensation”. Następny krok był naprawdę herkulesowym zadaniem: asystenci projektu, dr Andreas Schoofs i dr Anton Miroschnikow, zbadali, w jaki sposób wszystkie komórki nerwowe są ze sobą „połączone” – neuron dla neuronu i synapsa dla synapsy.
Receptor rozciągania jest połączony z neuronami serotoninowymi
Proces ten umożliwił naukowcom zidentyfikowanie swego rodzaju „receptora rozciągania” w przełyku. Jest podłączony do grupy sześciu neuronów w mózgu larwy, które są zdolne do wytwarzania serotoniny. Ten neuromodulator jest czasami nazywany „hormonem dobrego samopoczucia”. Zapewnia na przykład, że czujemy się nagrodzeni za określone działania i jesteśmy zachęcani do ich dalszego wykonywania.
Neurony serotoninowe otrzymują dodatkową informację o tym, co zwierzę właśnie połknęło. „Mogą wykryć, czy jest to żywność, czy nie, a także ocenić jej jakość” – wyjaśnia główny autor badania, dr Andreas Schoofs. „Wytwarzają serotoninę tylko wtedy, gdy wykryje się pokarm dobrej jakości, co z kolei gwarantuje, że larwa będzie nadal jeść”.
Mechanizm ten ma tak fundamentalne znaczenie, że prawdopodobnie występuje także u człowieka. Jeśli jest wadliwy, może potencjalnie powodować zaburzenia odżywiania, takie jak anoreksja lub objadanie się. Możliwe zatem, że wyniki tych badań podstawowych będą miały także wpływ na leczenie takich zaburzeń. „Ale na tym etapie nie wiemy wystarczająco dużo o tym, jak faktycznie działa obwód kontrolny u ludzi”, mówi Pankratz, aby rozwiać wszelkie zbyt wygórowane oczekiwania. „W tej dziedzinie potrzebne są jeszcze lata badań”.
Odniesienie: „Serotonergiczna modulacja połykania w konektomie nerwu błędnego kompletnej muchy” autorstwa Andreasa Schoofsa, Antona Miroschnikowa, Philippa Schlegela, Ingo Zinke, Caseya M. Schneidera-Mizella, Alberta Cardony i Michaela J. Pankratza, 12 września 2024 r., Aktualna biologia.
DOI: 10.1016/j.cub.2024.08.025
W badaniu wzięły udział Uniwersytety w Bonn, Uniwersytet Cambridge (Wielka Brytania), kampus badawczy Janelia Research Campus (Ashburn, USA) należący do HHMI oraz Allen-Institute for Brain Sciences (Seattle, USA). Projekt był finansowany przez Niemiecką Fundację Badawczą (DFG).
