Новое надежное исследование, демонстрирует, как определенный вид кишечных бактерий может напрямую улучшать долговременную память у шмелей. Исследование показало, что бактериальный метаболит может улучшить когнитивные функции шмелей, предлагая убедительные данные о взаимосвязи между микробиомом и мозгом.
Шмели, как и люди, содержат сложные популяции бактерий в кишечнике. И так же, как и у нас, эти бактериальные популяции влияют на общее состояние здоровья. Однако в относительном смысле микробиом кишечника шмеля значительно меньше и менее сложен, чем микробиом кишечника человека, что делает их полезной моделью для изучения того, как определенные бактерии могут влиять на здоровье и поведение.
«Задняя кишка шмеля (подвздошная и прямая кишка) наиболее богата бактериями и в ней преобладают клады пяти основных видов бактерий (филотипы Snodgrassella alvi, Gilliamella apicola, Lactobacillus Firm-4, Lactobacillus Firm-5 и Bifidobacterium виды)», - объясняют исследователи в новом исследовании. «Считается, что каждый вид бактерий в этой основной группе является симбиотическим и обладает различными метаболическими функциями, связанными с мутуалистическими взаимодействиями с хозяином, а также с образованием биопленок и расщеплением углеводов».
Исследователи сначала намеревались измерить индивидуальную эффективность функционирования памяти у ряда шмелей. Для этого был разработан тест на память, в котором шмелей выпускали в замкнутую среду, содержащую 10 искусственных цветков разного цвета. Пять цветов обозначали цветки со сладким раствором, а другие пять цветов были связаны с горьким раствором.
Шмели были обучены различать сладкие и горькие цветки за пять коротких походов за кормом. Затем они были задержаны в своем гнезде на три дня, прежде чем их снова выпустили, с отслеживанием их движений, чтобы определить, насколько хорошо они запоминают, какие цветки были сладкими, а какие - нежелательными.
Затем исследователи взяли образцы кишечного микробиома насекомых, чтобы определить корреляцию между определенными видами кишечных бактерий и показатели функционирования памяти. Один вид, известный как Lactobacillus apis, быстро выделился. Те шмели, у которых в кишечнике больше этих бактерий, показали гораздо лучшие результаты при тестировании памяти.
Чтобы выяснить, была ли эта связь между бактериями и памятью причинной, исследователи скармливали шмелям разные бактерии. Одна группа получала Lactobacillus apis, а две другие группы получали обычные виды кишечных бактерий, не связанных с познанием. Те шмели, которые потребляли добавки Lactobacillus apis, действительно показали значительное улучшение показателей памяти по сравнению с другими.
«Наши результаты показывают, что не только естественные вариации количества определенных кишечных бактерий влияют на память, но и также показывают причинно-следственную связь: добавление тех же видов бактерий в рацион пчел может улучшить их память», - объясняет ведущий автор исследования, Ли Ли.
Шмель на искусственном цветке. Фото: Tom Ings.
Итак, как именно бактерии могут влиять на память шмеля?
Исследователи обнаружили, что Lactobacillus apis играет роль в метаболическом пути, опосредованном группой молекул, известных как глицерофосфолипиды. Чем больше этих специфических бактерий в задней кишке шмеля, тем больше циркулирующих глицерофосфолипидов было обнаружено. И, когда исследователи добавили шмелям непосредственно определенный тип глицерофосфолипидов, они обнаружили тот же уровень улучшения памяти, который наблюдался при кормлении шмелей Lactobacillus apis.
У людей, глицерофосфолипиды являются важной частью здоровых нервных мембран. Добавки глицерофосфолипидов для людей были предложены в качестве возможного способа поддержания церебральной структурной целостности по мере старения человека.
«Было обнаружено, что глицерофосфолипидная добавка улучшает когнитивные функции, снижает факторы, связанные с ухудшением когнитивных функций, и улучшает структуру головного мозга у людей, крыс и мышей», - отмечают исследователи в исследовании. «Распад глицерофосфолипидов может также производить вторичные мессенджеры, такие как диацилглицерин и арахидоновая кислота, которые важны для синаптической пластичности и познания».
Исследователи выдвинули интригующую гипотезу об эволюционном происхождении этого, опосредованного бактериями, улучшения памяти у шмеля. Предполагается, что бактерии могут улучшать свою приспособленность, способствуя когнитивным способностям своего хозяина.
«Рабочие-шмели с лучшими когнитивными способностями должны выживать дольше и приносить больше еды в колонию, тем самым увеличивая количество бактерий, попавших в гнездо и во всех живущих в гдезде», - предполагают исследователи в исследовании. «В результате бактерии затем имеют больше шансов быть поглощенными девственными матками на более поздних этапах жизни колонии и увеличивают свои шансы быть переданными следующему поколению шмелей».
Новое исследование, в конечном итоге, предлагает одно из самых подробных описаний взаимосвязей кишечника и мозга, улучшающих память в организме, опубликованных на сегодняшний день. Автор-корреспондент исследования Вэй Чжао также указывает, что результаты могут быть применимы к людям.
«Удивительно, когда мы узнаем об определенных видах бактерий, улучшающих память», - говорит Чжао. «Результаты еще раз подтверждают нашу веру в то, что мы можем улучшить свои когнитивные способности за счет регулирования микробиоты кишечника».
Новое исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
Источник: Queen Mary University of London.
