Πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι τα ζώα και οι άνθρωποι έχουν στενές και πολύπλοκες σχέσεις με τα βακτήρια που βρίσκονται γύρω τους και μέσα τους. Το ανθρώπινο μικροβίωμα του εντέρου, για παράδειγμα, έχει συσχετιστεί τόσο με την κατάθλιψη όσο και με τη νόσο του Πάρκινσον.
Για να προχωρήσουμε πέρα από τη συσχέτιση προς την κατανόηση των πραγματικών μηχανισμών που επιτρέπουν στο βακτηριακό μικροβίωμα να επηρεάζει τη λειτουργία του εγκεφάλου, μια νέα μελέτη νευροεπιστημόνων στο Ινστιτούτο Picower για τη Μάθηση και τη Μνήμη του MIT εξετάζει τους μηχανισμούς που λειτουργούν σε ένα μοντέλο «βακτηριακού ειδικού», τον νηματώδη σκώληκα C. elegans.
Στη μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Current Biology, η ομάδα με επικεφαλής την μεταδιδακτορική ερευνήτρια του Picower Cassi Estrem στο εργαστήριο του Αναπληρωτή Καθηγητή Steven Flavell, εντοπίζει τις συγκεκριμένες χημικές ουσίες που ένας βασικός νευρώνας στο C. elegans αντιλαμβάνεται τόσο στα βακτήρια που τρώει όσο και σε εκείνα που πρέπει να αποφύγει να καταπιεί.
«Στο σώμα μας, τα δικά μας κύτταρα υπολείπονται αριθμητικά των βακτηριακών κυττάρων που ζουν μέσα και πάνω μας. Υπάρχει μια αυξανόμενη αναγνώριση ότι αυτό έχει βαθύ αντίκτυπο στην ανθρώπινη υγεία», δήλωσε ο Flavell, ερευνητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Howard Hughes και μέλος της σχολής του Τμήματος Επιστημών Εγκεφάλου και Γνωστικής του MIT.
«Εδώ και αρκετό καιρό είναι σαφές ότι υπάρχουν συνδέσεις. Η μελέτη μας είχε στόχο να εντοπίσει τους σκληρούς μηχανισμούς του πώς το νευρικό σύστημα ενός ξενιστή επηρεάζεται από τα βακτήρια στον πεπτικό σωλήνα».
Η επίτευξη μιας θεμελιώδους μηχανιστικής κατανόησης του πώς οι νευρώνες αλληλεπιδρούν με τα βακτήρια θα μπορούσε να βοηθήσει στη βελτίωση των προσπαθειών παρέμβασης ή χειραγώγησης αυτών των αλληλεπιδράσεων με θεραπευτικά φάρμακα ή συμπληρώματα, δήλωσε ο Flavell.
Ο Flavell αποκαλεί τον C. elegans «βακτηριακό ειδικό» επειδή ο μικροσκοπικός, διάφανος σκώληκας έχει εξελιχθεί ώστε να τρέφεται με βακτήρια, ενώ παράλληλα πρέπει να αποφεύγει παθογόνα βακτήρια που μπορεί να αποδειχθούν μοιραία γι’ αυτόν. Αυτό τον έχει οδηγήσει να αναπτύξει ένα νευρικό σύστημα ιδιαίτερα προσαρμοσμένο να διακρίνει τι είναι τροφή και τι είναι εχθρός.
Το 2019, το εργαστήριο ανακάλυψε ότι ο νευρώνας NSM, ο οποίος προβάλλει στον πεπτικό σωλήνα του σκώληκα, χρησιμοποιεί δύο «διαύλους ιόντων που ανιχνεύουν οξύ» (acid sensing ion channels, ASICs) για να ανιχνεύσει πότε ορισμένα βακτήρια έχουν καταποθεί. Αξιοσημείωτα, αυτοί οι δίαυλοι ιόντων είναι ανάλογοι με εκείνους που βρίσκονται σε νευρώνες των ανθρώπων.
Όταν το NSM ανιχνεύει “νόστιμα” βακτήρια, απελευθερώνει σεροτονίνη που προκαλεί στον σκώληκα να αυξήσει τον ρυθμό σίτισης και να επιβραδύνει τη συρτική του κίνηση, ώστε να μπορέσει να παραμείνει για να γευματίσει το περιβάλλον γεύμα του.
Για να κατανοήσουν πραγματικά πώς λειτουργεί αυτό, οι Flavell και Estrem συνειδητοποίησαν ότι χρειαζόταν να γνωρίζουν ακριβώς τι ανιχνεύουν οι δίαυλοι ιόντων στα βακτήρια. Για να ξεκινήσουν, εξέθεσαν τους σκώληκες σε 20 διαφορετικά είδη βακτηρίων που οι σκώληκες είναι γνωστό ότι συναντούν και διαπίστωσαν ότι όλα ενεργοποιούσαν τη δραστηριότητα του NSM σε διάφορους βαθμούς. Στη συνέχεια, αποδόμησαν τα βακτήρια σε όλο και πιο συγκεκριμένα χημικά συστατικά για να δουν ποιο ή ποια πυροδοτούν το NSM.
Τα πειράματα απέκλεισαν πολλά συστατικά, όπως DNA, λιπίδια, πρωτεΐνες και απλά σάκχαρα, και αντίθετα βρήκαν ότι είναι συγκεκριμένα οι πολυσακχαρίτες που καλύπτουν πολλά βακτήρια που οδηγούν την ενεργοποίηση του NSM. Συγκεκριμένα, σε θετικά κατά Gram βακτήρια, μια χημική ουσία που ονομάζεται πεπτιδογλυκάνη ενεργοποιούσε το NSM. Σε αρνητικά κατά Gram βακτήρια, μια διαφορετική πολυσακχαρίτη φαινόταν να παίζει ρόλο.
Η ομάδα των Estrem και Flavell πραγματοποίησε επίσης πειράματα που έδειξαν ότι οι πολυσακχαρίτες από βακτήρια γενικά και η πεπτιδογλυκάνη ειδικότερα όχι μόνο πυροδοτούν την ηλεκτρική δραστηριότητα του NSM, αλλά προάγουν πραγματικά τις συμπεριφορές σίτισης και επιβράδυνσης. Έδειξαν επίσης ότι η γενετική απαλοιφή των ASICs καταργούσε αυτές τις αποκρίσεις.
Συνολικά, απέδειξαν ότι η ανίχνευση πολυσακχαριτών και πεπτιδογλυκάνης είναι επαρκής για να πυροδοτήσει τις συμπεριφορές του σκώληκα και απαιτεί τους ASICs.
Έχοντας δείξει τι ακριβώς πυροδοτεί τους σκώληκες να αναγνωρίζουν τη βακτηριακή τους τροφή, οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν θα μπορούσαν επίσης να εντοπίσουν ένα σημάδι κινδύνου που ο σκώληκας βρίσκει στα επιβλαβή βακτήρια. Για αυτά τα πειράματα, χρησιμοποίησαν προσεκτικά το Serratia marcescens, ένα βακτήριο που είναι επίσης μολυσματικό για τον άνθρωπο.
Ορισμένα στελέχη του βακτηρίου έχουν κόκκινο χρώμα ενώ άλλα όχι. Τα κόκκινα, τα οποία έχουν μια χρωστική που ονομάζεται προδιγιοσίνη, τείνουν να είναι πολύ πιο θανατηφόρα για τους σκώληκες. Στις δοκιμές τους, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι όταν το NSM ανίχνευε τα μη χρωματισμένα βακτήρια, ο νευρώνας εξακολουθούσε να ενεργοποιείται και οι σκώληκες εξακολουθούσαν να καταπίνουν τα βακτήρια, αλλά όταν υπήρχε προδιγιοσίνη, το NSM δεν ενεργοποιούνταν και ο σκώληκας δεν τα απορροφούσε ούτε επιβράδυνε για να φάει.
Η προσθήκη προδιγιοσίνης σε κανονικά νόστιμα βακτήρια κατέστειλε επίσης τη συνήθη απόκριση του NSM. Με άλλα λόγια, οι σκώληκες έχουν εξελίξει τη συμπεριφορά πέψης τους (και τους ανιχνευτές εντός του NSM) ώστε να αποφεύγουν την κατάποση μιας χημικής ουσίας που σχετίζεται ειδικά με τον κίνδυνο.
Ο Flavell λέει ότι είναι πιθανό ορισμένοι από τους θεμελιώδεις μηχανισμούς που αναδείχθηκαν στη νέα εργασία να ενημερώσουν μελέτες παρόμοιων μηχανισμών σε άλλα ζώα.
«Αναπτύξαμε έναν τρόπο εντοπισμού αυτών των οδών μελετώντας αυτόν τον οργανισμό που ειδικεύεται στην ανίχνευση βακτηρίων και παρουσιάζει ισχυρές αποκρίσεις», δήλωσε ο Flavell. «Αλλά δεν υπάρχει λόγος αυτές οι οδοί να περιορίζονται στον C. elegans. Τα μοριακά στοιχεία που εντοπίσαμε βρίσκονται σε πολλά είδη, συμπεριλαμβανομένων των θηλαστικών».
Εκτός από τους Estrem και Flavell, άλλοι συγγραφείς της εργασίας είναι οι Malvika Dua, Colby Fees, Greg Hoeprich, Matthew Au, Bruce Goode και Lingyi Deng.
Περισσότερες πληροφορίες: Identification of bacterial signals that modulate enteric sensory neurons to influence behavior in C. elegans, Current Biology (2026). DOI: 10.1016/j.cub.2026.03.070. www.cell.com/current-biology/f … 0960-9822(26)00390-8.
