Триггерами нормальных спонтанных сокращений мышечной ткани являются так называемые кардиостимуляторы нервной системы. В определенном ритме и без какой-либо внешней стимуляции они излучают электрические импульсы, которые в конечном итоге достигают гладких мышц стенки кишечника и заставляют их сокращаться. Хотя импульсы как таковые возникают сами по себе, их частота и интенсивность, однако, подвержены внешним воздействиям. «Пример простого пресноводного полипа Гидры показал нам, что бактериальная колонизация организма может влиять на сокращение его пищеварительной полости. Скорее всего, они делают это, модулируя основные сигналы кардиостимулятора», — сказал профессор Томас Бош, руководитель исследования. и представитель Центра совместных исследований (CRC) 1182 «Происхождение и функции метаорганизмов».
В отличие от других более сложных организмов, у гидры нет кишечника в полном смысле этого слова. Их простая полость тела, помимо прочего, выполняет функцию пищеварительного тракта; окружающие ткани также демонстрируют типичные сокращения, характерные для более высокоразвитого кишечника.Чтобы выяснить, как регулируется перистальтика пресноводных полипов, исследователи сравнили нормальную гидру, у которой была типичная бактериальная колонизация, с гидрой, микробиом которой был полностью удален с помощью коктейля антибиотиков.
Для сравнения, эти организмы без бактериальной колонизации — также называемые стерильными полипами — продемонстрировали сокращение сокращений примерно наполовину. При этом ритм движений был нарушен, а некоторые перерывы между схватками были намного длиннее.
Таким образом, отсутствие типичного микробиома у гидры скомпрометировало перистальтические движения в полости тела.На следующем этапе ученые восстановили специфическую бактериальную колонизацию в стерильных организмах. Первоначально они ввели каждый из пяти наиболее распространенных видов бактерий, обнаруженных в микробиоме гидры, индивидуально обратно в стерильные полипы. Оказалось, что эта индивидуальная бактериальная колонизация не оказывает заметного влияния на частоту и время сокращений.
Только совместное повторное введение пяти основных представителей микробиома привело к заметному улучшению перистальтики, хотя даже тогда характер сокращений не был полностью нормализован. Интересно, что экстракт, полученный из колонизирующих бактерий, оказал такое же положительное влияние.
На основании этих наблюдений исследовательская группа в Киле пришла к выводу, что только естественный микробиом гидры, характеризующийся балансом между присутствующими видами бактерий, может играть важную роль в развитии перистальтики. Они обнаружили, что в этом случае определенные молекулы, секретируемые бактериями, могут вмешиваться в механизм контроля пейсмекерных клеток. Таким образом, бактериальные сигналы могут иметь решающее влияние на характер спонтанных перистальтических сокращений. «Мы смогли впервые продемонстрировать, что в нашем простом модельном организме микробиом играет незаменимую функцию в частоте и времени сокращения тканей», — подчеркнул Бош.Кроме того, пример эволюционно древнего модельного организма Гидры показывает нам, что контроль жизненных процессов многоклеточных организмов их бактериальными симбионтами возник уже на очень ранних этапах эволюции жизни, — продолжил Босх.
Эти новаторские результаты особенно многообещающие для медицинских исследований: «Фундаментальное объяснение сотрудничества между организмом и микробиомом в регулировании перистальтики в будущем поможет нам понять возникновение тяжелых заболеваний, которые возникают из-за нарушения движения кишечника», — резюмировал Bosch.