肠道细菌影响苍蝇的运动

温暖，保护，充满营养 - 果蝇的微小肠道是一些细菌的完美栖息地。反过来，这些细菌有助于苍蝇分解和消化食物，使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证明，肠道细菌对宿主的影响并不局限于新陈代谢 - 它们也会影响苍蝇的运动和运动。这项工作是第一个发现微生物组和运动之间的直接分子和细胞联系的工作。

这项工作是在Sarkis Mazmanian，Luis B.和Nelly Soux微生物学教授以及遗产医学研究所研究员的实验室完成的。一篇描述该研究的论文将于10月24日在线发表在“ 自然 ” 杂志上。

超过80%的食物被我们的微生物组分解 - 生活在肠道或肠道中的细菌群落。微生物组调节数千种不同营养分子的水平和比例，用于基本上所有的生物功能。Mazmanian实验室研究肠道微生物组如何影响整个生物体中的这些过程和器官。

在前研究生Catherine Schretter的带领下，加州理工学院的一个研究小组开始研究果蝇(果蝇)，以确定肠道微生物群对特定基本行为的影响(如果有的话)：运动。Schretter现在是霍华德休斯医学研究所Janelia研究园区的博士后学者，为她的博士论文做了工作，她于2018年8月进行了辩护。她将于2019年正式获得学位。

首先，研究人员将常规果蝇与正常的肠道微生物组进行比较，将果蝇与无菌的果蝇进行比较。无菌果蝇表现出增加的运动，过度活跃地走动，类似于饥饿的苍蝇在寻找食物时的表现。研究小组发现，包括短乳杆菌和大肠杆菌在内的特定细菌将苍蝇的运动恢复到正常水平。

这两种细菌都产生了一种酶木糖异构酶，它们用来代谢糖。研究人员发现，木糖异构酶对苍蝇维持正常运动至关重要。实际上，当这些细菌经遗传修饰而不产生木糖异构酶时，宿主果蝇表现得过度活跃，就像没有微生物组的苍蝇一样。事实上，仅将木糖异构酶加回到无菌蝇中，使其运动恢复正常。

但是肠道中的酶如何影响苍蝇的运动运动，这通常被认为是由神经元和肌肉控制的?研究小组发现，木糖异构酶的作用被去除了一种称为章鱼胺的神经化学物质或沉淀的章鱼胺能神经元(产生章鱼胺的神经元)所抵消，这表明两者都参与了木糖异构酶对运动影响的调节。例如，如果已经过多地激活了章鱼胺能神经元 - 已知其参与运动和新陈代谢 - 苍蝇将会过度活跃。

虽然木糖异构酶影响这些神经元的确切机制仍有待确定，但新工作强烈指出微生物组与运动神经控制之间存在联系。

“参与糖代谢的酶与运动有关并不奇怪，因为代谢和运动对觅食，交配，逃避掠食者和其他关键行为都至关重要。我们的工作支持这种联系，”Schretter说。“这项工作说明了不同的器官如何对整个有机体产生全系统的影响。对我们而言，它是关于将我们的思维从关注个体器官转移到完整的整体观点。”

“我们知道我们吃的东西会影响我们的行为。例如，糖会给我们带来快速的能量，”Mazmanian说。“但我认为我们在新陈代谢和运动之间的联系可能比糖热更为重要。我们的研究表明，肠道细菌是调节动物整体健康状况及其动态平衡所必需的。”

尽管这一发现是在简单的果蝇中进行的，但它提出了在更复杂的动物(如老鼠)中进行进一步研究的方向。

“有研究表明没有微生物组的小鼠表现得过度活跃，”Mazmanian说。“在苍蝇中响应木糖异构酶的神经元，即章鱼胺神经元，在哺乳动物中并不直接发现，但是小鼠确实具有与章鱼胺类似的对应物，即去甲肾上腺素。这项工作为在哺乳动物系统中测试的假设和目标奠定了基础。此外，由于我们的实验室研究患有运动症状的帕金森病，我们对将肠道和大脑连接起来作为新药潜在目标的神经通路非常感兴趣。虽然我们距离这个现实还很远，但目前的研究提供了概念支持该微生物可调节运动的哺乳动物。”

该论文的标题是“肠道微生物因子调节果蝇的运动行为”。