MIT розкрив молекули, через які кишкові нейрони «нанюхують» бактерії

Вчені з Інституту "Пікауер" для навчання та пам'яті при MIT ідентифікували з високою точністю молекули, які дозволяють кишковим нейронам розрізняти корисні від шкідливих бактерій, описуючи хімічний діалог між мікробами та нервовою системою, який, ймовірно, зберігся і в людей. Результати, опубліковані в квітневому номері журналу "Current Biology" за 2026 рік, дають механістичну основу для розуміння, як кишкові бактерії впливають на мозкові функції та поведінку.

Полісахариди як бактеріальні сигнатури

Команда, очолювана постдокторантом Касі Естрем і доцентом Стівеном Флавелом, зосереджується на нематоді C. elegans - мініатюрному прозорому черв'яку, який харчується лише бактеріями, щоб встановити, що саме "засікають" кишкові нейрони при контакті з мікробами. Дослідники піддають черв'яків впливу 20 різних бактеріальних видів, після чого поетапно розкладають бактерії до їх хімічних компонентів.

Поступово ДНК, ліпіди, протеїни та прості цукри виключені як можливі сигнали. Виявляється, що саме полісахариди - складні цукрові структури, які покривають поверхню бактерій - активують ключовий кишковий нейрон NSM. При грам-позитивних бактеріях особливо сильний активатор - пептидоглікан - основний елемент їх клітинної стінки. Коли NSM розпізнає ці молекули через кислоточутливі іонні канали (ASIC), він вивільняє серотонін, який прискорює харчування черв'яка і уповільнює його рух, щоб він залишався на місці і продовжував харчуватися.

Коли генетично виключаються ASIC канали, зникає як нейронна відповідь, так і спостережувані поведінкові зміни, що підтверджує центральну роль цих каналів у ланцюзі від сигналізації про наявність бактерій до формування поведінки.

Вбудований сигнал небезпеки

Команда виявила і своєрідний молекулярний "червоний прапор". Патоген Serratia marcescens існує у двох формах - пігментованій та непігментованій. Пігментовані штами, які синтезують сполуку, названу продігіозин, виявляються значно смертоноснішими для черв'яків. У присутності продігіозину нейрон NSM не активується і черв'яки припиняють харчуватися.

Коли продігіозин додається до бактерій, які в принципі приваблюють черв'яків, типова відповідь NSM пригнічується - це показує, що тварина розвинула хімічну систему раннього попередження щодо специфічного молекулярного сигналу небезпеки.

Що це означає для людського здоров'я

"У нашому тілі бактеріальних клітин більше, ніж власних клітин організму. Все більше даних показують, що це має глибокий вплив на здоров'я людини", - каже Флавел. За його словами ASIC канали, описані в цьому дослідженні, аналогічні каналам, виявленим у людських нейронах, що свідчить про те, що подібні шляхи сигналізації між кишківником та мозком можуть діяти при різних видах.

Кишковий мікробіом у людей пов'язаний з депресією та хворобою Паркінсона, але конкретні механізми за цими зв'язками все ще слабко з'ясовані. Флавел підкреслює, що ідентифікація точних молекулярних механізмів може допомогти розробці терапевтичних ліків або добавок, які впливають на взаємодію між бактеріями та нервовою системою.

"Немає причин вважати, що ці шляхи обмежуються лише C. elegans", - зазначає він. "Молекулярні учасники, яких ми ідентифікували, зустрічаються у багатьох видів, включаючи ссавців".