小蠕虫大脑中的生存模式

秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis elegans)或秀丽隐杆线虫(C.elegans)是具有小脑的微小蠕虫 - 它们的整个身体是铅笔尖的宽度并且仅包含302个神经元。这些线虫在腐烂的植被，食用细菌和避开掠食者的过程中活出了两周的寿命。然而，秀丽隐杆线虫并不总是过着这种简单的生活方式。在环境压力下 - 例如当过度拥挤导致缺乏食物时 - 这些生物可以切换到生存模式，停止老化几个月并试图通过附着到其他动物搭便车到新的位置。

加州理工学院的研究人员现在已经发现，这种有限神经系统的蠕虫如何能够如此彻底改变其行为。这些发现可能对了解寄生线虫如何发现和感染宿主有影响。

这项工作是在Bren生物学教授Paul Sternberg的实验室完成的。这项研究在最近出现在美国国家科学院院刊上的一篇论文中有所描述。

当秀丽隐杆线虫蠕虫意识到其环境过于拥挤且食物不足时，它会转变为所谓的持久状态。这些dauer蠕虫能够停止发育和喂养，并能在这种状态下生存六到八个月。

同时，这些蠕虫不能永远存在于这种生存模式中，必须迁移到更好的位置。然而，秀丽隐杆线虫通常只能在不移动很远的情况下蠕动，这意味着它们无法摆脱首先引发持久状态的恶劣条件。因此，他们需要搭乘其他动物，如蜗牛或苍蝇。要做到这一点，一只蠕虫就会发出命令，这是一个蠕虫直立在它的尾巴上并且剧烈挥动的过程，就像试图叫出租车一样。通常情况下，秀丽隐杆线虫蠕虫不会发号施令。但是当dauer蠕虫这样做时，他们更有可能抓住一只过往的动物。此外，虽然秀丽隐杆线虫通常被二氧化碳排斥(因为气体可能是由附近的捕食者发出的)，

这些激烈的行为改变已经存在多年，但问题仍然存在：具有如此微小神经系统的蠕虫如何能够获得与其正常状态截然不同的行为?

“我们决定建立在前研究生Oren Schaedel [Ph.D。'10]之前的工作基础上，他们测量了线虫中所有20,000个基因的表达水平，”研究生和共同第一作者James Siho说。李。“观察基因表达如何随着蠕虫进入dauer模式而改变，我们发现有8,000个基因受到影响 - 这个比例很大!特别是，我们注意到编码某些类型的神经信号分子的基因被称为神经肽，这些基因被显着上调，我们选择专注于神经肽，看看我们是否能够发现更多关于蠕虫的有限神经系统如何能够实现如此剧烈的行为改变。“

神经元物理连接在一起形成具有称为突触的结构的电路。神经元通过这些突触向其他连接的神经元发送化学和电信号，就像直接与选定的一群人说话一样。然而，神经元也可以通过释放称为神经肽的化学物质向群众发送大规模消息呼喊，这些化学物质通过细胞间隙泛滥并向可能未通过突触连接的神经元发出信号。

加州理工学院的研究小组发现，当秀丽隐杆线虫进入dauer状态时，超过一半的编码神经肽的基因被激活得更强，这表明这些蠕虫正在发送更多的大量信息。

“我们想知道这种神经肽的增加是否导致转变为dauer。为了测试这一点，我们使用了一种突变的秀丽隐杆线虫菌株，它在基因sbt-1中有缺陷，它控制着很大一部分神经肽，”毕业生说。学生和共同第一作者Pei-Yin Shih。“我们发现神经肽的总体水平降低使得处于压力下的动物进入持久状态的可能性大大降低。”

sbt-1突变体对二氧化碳没有任何吸引力，并且它们的听写是微弱的，这表明神经肽的增加是秀丽隐杆线虫真正进入持久生存模式并获得寻求载体行为的关键要求。

“这些动物不只是在休眠 - 它们实际上是由它们的环境触发来重新连接自己的大脑，”Shih说。

在dauer阶段期间增加的一个特定神经肽子集是一个进化古老的组织，称为FMRFamides。许多寄生线虫是世界上数百万人的疾病，也含有FMRFamides。

“寄生线虫在其生命周期中只有一个阶段，它们真正具有感染性，必须找到宿主，”李说。“在这个阶段，他们不喂，他们收缩了下来，他们非常持久，等等。因此，我们现在是有兴趣，如果我们已经了解了线虫的神经肽可以结转到寄生蠕虫因为FMRFamide家族似乎能够获得秀丽隐杆线虫中新的寻求载体的行为，我们认为研究FMRFamides可能会揭示破坏寄生线虫寄主寻求行为的策略，并将揭示神经系统如何加载不同情况下的不同功能和行为。“

该论文的标题是“FMRFamide样肽可以扩展密集连接的神经系统的行为特征。”