MIT раскрыл молекулы, через которые кишечные нейроны «вынюхивают» бактерии

Ученые из Института Пикоуэра по изучению памяти и мозга при MIT с высокой точностью идентифицировали молекулы, которые позволяют кишечным нейронам отличать полезные бактерии от вредных, описывая химический диалог между микробами и нервной системой, который, вероятно, сохранился и у людей. Результаты, опубликованные в апрельском номере журнала "Current Biology" за 2026 год, дают механистическую основу для понимания того, как кишечные бактерии влияют на функции мозга и поведение.

Полисахариды как бактериальные сигнатуры

Команда под руководством постдока Касси Эстрем и доцента Стивена Флавелла сосредоточилась на нематоде C. elegans — миниатюрном прозрачном черве, который питается только бактериями, чтобы установить, что именно "распознают" кишечные нейроны при контакте с микробами. Исследователи подвергали червей воздействию 20 различных видов бактерий, а затем поэтапно расщепляли бактерии до их химических компонентов.

Постепенно ДНК, липиды, белки и простые сахара были исключены как возможные сигналы. Оказалось, что именно полисахариды — сложные сахарные структуры, покрывающие поверхность бактерий — активируют ключевой кишечный нейрон NSM. У грамположительных бактерий особенно сильным активатором является пептидогликан — основной элемент их клеточной стенки. Когда NSM распознает эти молекулы через кислотно-чувствительные ионные каналы (ASIC), он высвобождает серотонин, который ускоряет питание червя и замедляет его движение, чтобы он оставался на месте и продолжал питаться.

Когда генетически отключаются каналы ASIC, исчезают как нейронный ответ, так и наблюдаемые поведенческие изменения, что подтверждает центральную роль этих каналов в цепи сигнализации от обнаружения бактерий до формирования поведения.

Встроенный сигнал опасности

Команда также обнаружила своеобразный молекулярный "красный флаг". Патоген Serratia marcescens существует в двух формах — пигментированной и непигментированной. Пигментированные штаммы, синтезирующие соединение под названием продигиозин, оказались значительно более смертоносными для червей. В присутствии продигиозина нейрон NSM не активируется, и черви перестают питаться.

Когда продигиозин добавляется к бактериям, которые обычно привлекают червей, типичный ответ NSM подавляется — это показывает, что животное развило химическую систему раннего предупреждения против специфического молекулярного сигнала опасности.

Что это значит для здоровья человека

"В нашем теле бактериальные клетки — это нечто большее, чем просто собственные клетки организма. Все больше данных показывают, что это имеет глубокое отражение на здоровье человека", — говорит Флавелл. По его словам, каналы ASIC, описанные в этом исследовании, аналогичны каналам, обнаруженным в человеческих нейронах, что предполагает, что подобные пути сигнализации между кишечником и мозгом могут действовать у различных видов.

Кишечный микробиом у людей связан с депрессией и болезнью Паркинсона, но конкретные механизмы этих связей все еще слабо изучены. Флавелл подчеркивает, что идентификация точных молекулярных механизмов может помочь в разработке терапевтических лекарств или добавок, влияющих на взаимодействие между бактериями и нервной системой.

"Нет причин полагать, что эти пути ограничиваются только C. elegans", — отмечает он. "Молекулярные участники, которые мы идентифицировали, встречаются у многих видов, включая приматов"."