Исследование: кишечные лактобактерии улучшили память шмелей

18:13 26 ноября Киев, Украина

Кишечные бактерии шмелей оказались способны воздействовать на память своих хозяев. Как показало исследование китайских и британских ученых, с увеличением в кишечном микробиоме количества бактерий Lactobacillus apis у шмелей улучшается длительная память. Подобного эффекта удалось достичь и применением соединения, уровень которого увеличивается в гемолимфе насекомых в ответ на рост численности L. apis . Исследование шмелей и их бактерий опубликовано в журнале Nature Communications .

Как связали бактерий насекомых с их когнитивными способностями?

/>Кишечный микробиом уже долго подозревают в способности влиять на когнитивные функции. Например, недавние исследования указывали, что отдельные бактерии связаны с развитием болезни Альцгеймера, а другие — что пересадка бактерий из кишечника молодых мышей старикам улучшает способность последних учиться и запоминать. Нет причин исключать, что у других животных в естественных популяциях кишечный микробиом также оказывает влияние на когнитивные способности. Впрочем, пока об этом известно очень мало. Пчелы могут помочь разобраться в вопросе.

Когнитивные способности пчел варьируют между особями, равно как и микробный состав их кишечника. Однако в отличие от млекопитающих, у этих насекомых кишечный микробиом состоит из небольшого количества основных групп бактерий, выполняющих различные метаболические функции в пользу своего хозяина - Snodgrassella alvi , Gilliamella apicola , Lactobacillus Firm-4, Lactobacillus Firm-5 и Bifido . Это делает пчел удобными объектами в изучении влияния кишечной микробиоты на когнитивные способности. Этим воспользовались ученые Университета Цяннана и Лондонского университета королевы Марии.

Как понять, влияют ли бактерии в кишечнике на когнитивные способности?

Опыты проводили на представителях семейства Пчелиных — земляных шмелях ( Bombus terrestris ). Сначала ученые провели с животными поведенческие опыты, чтобы узнать индивидуальные показатели когнитивных способностей. Для этого шмели проходили задачу, во время которой им нужно было запомнить и научиться различать по цвету пять искусственных цветков со сладким сахарным сиропом от пяти искусственных цветков с горьким раствором хинина. Через три дня после тренировки насекомые проходили тестирование на память, показывающее, как хорошо они сохранили информацию об ассоциациях.

После поведенческих опытов ученые изучили кишечный микробиом подопытных шмелей. Они проанализировали бактериальный состав задней кишки, которая богата микроорганизмами. Сделали это благодаря методу метагеномного секвенирования, когда изучается вся ДНК, выделенная из образца. Ученые сопоставили индивидуальные особенности микробиому шмелей с их результатами тестирований на обучение и память.

На что указали исследования шмелей и их микробиом?

Ученые обнаружили связь между численностью бактерий Lactobacillus Firm-5 и памятью. Шмели, у которых было больше этих бактерий, лучше помнили, какого цвета цветок содержит сладкую жидкость, а какого горькую. Ученые предположили, что ответственной за это может быть самая многочисленная бактерия группы – Lactobacillus apis . Они провели еще один опыт: начали скармливать части новых пчел сахарный раствор с добавкой L. apis , а контрольным — пустой сахарный раствор. Ожидаемо, диета с добавкой повлекла за собой рост количества этих бактерий в кишечнике насекомых. И как показало тестирование, у этих шмелей заметно лучшая длительная память (но не скорость обучения), чем у контрольных.
 
Фото: Процент правильного выбора шмелей при тестировании памяти (слева – контрольная группа, справа – группа, которой скармливали L. apis). Ли Li et al. / Nature Communications, 2021

При этом улучшение не было реакцией организма на общее увеличение количества каких-либо бактерий, а связано именно с видом L. apis . Упитание добавки из S. alvi и G. apicola хоть и увеличило численность этих бактерий в кишке, но не вызвало изменений ни в скорости обучения, ни в памяти. Как выяснилось, эффект от лактобацилл вызван повышением уровня глицерофосфолипидов, особенно лизофосфатидной кислоты, в гемолимфе шмелей. Использование лизофосфатидной кислоты как самостоятельной пищевой добавки также помогало улучшить память насекомых. Ученые выяснили, что добавка L. apisизменила экспрессию генов отдельных рецепторов в нейронах задней кишки и структурах мозга насекомых, вовлеченных в обучение и запоминание. Но точный механизм воздействия бактерий на память насекомых, в частности, какова роль в этом выявленном изменении экспрессии, следует выяснить в последующих исследованиях.

Ранее лактобациллы кишечника уже связывали с улучшением памяти у мышей, поэтому есть вероятность, что когда-то они или другие бактерии смогут помочь в лечении расстройств памяти у людей.