Cuando un gusano hambriento se encuentra con una rica fuente de alimento, inmediatamente se ralentiza para poder devorar el festín. Una vez que el gusano está lleno o la comida se agota, comenzará a vagar de nuevo.
Un nuevo estudio del MIT ahora revela más detalles sobre cómo el tracto digestivo del gusano le indica al cerebro cuándo detenerse en un lugar abundante. Los investigadores encontraron que un tipo de célula nerviosa que se encuentra en el intestino del gusano Caenorhabditis elegans está especializado para detectarcuando se ingieren bacterias; una vez que eso ocurre, las neuronas liberan un neurotransmisor que le indica al cerebro que detenga la locomoción. Los investigadores también identificaron nuevos canales iónicos que operan en esta célula nerviosa especializada para detectar bacterias.
"En términos de un mecanismo preciso de cómo las señales intestinales regresan al cerebro, no estaba claro qué estaba pasando", dice Steven Flavell, profesor asistente de ciencias cerebrales y cognitivas y miembro del Instituto Picower para el Aprendizaje del MITy Memoria: "La comida es algo que realmente motiva a este animal, por lo que las personas lo han estudiado durante mucho tiempo, pero el mecanismo de cómo el sistema nervioso detecta la ingestión de alimentos para generar un cambio de comportamiento, realmente había faltado".
Flavell es el autor principal del estudio, que aparece en la edición del 20 de diciembre de Celda . Jeffrey Rhoades, ex asistente técnico en el Instituto Picower, es el primer autor del artículo.
conexión intestino-cerebro
En todos los animales, el intestino y el cerebro tienen una fuerte conexión. Las señales de nuestro tracto gastrointestinal nos avisan cuando estamos llenos y ayudan a controlar nuestro apetito, a través de hormonas como la leptina y la grelina. El tracto gastrointestinal también es elfuente de la mayor parte de la serotonina del cuerpo, que también desempeña un papel en el apetito.
Además, el tracto digestivo tiene su propio sistema nervioso semi-independiente, conocido como sistema nervioso entérico. Este sistema de neuronas gobierna las funciones gastrointestinales, como la contracción de los órganos digestivos y la secreción de hormonas y enzimas digestivas.
Si bien las complejidades completas del sistema nervioso entérico humano aún no se han entendido completamente, muchos investigadores usan C. elegans , que tiene un sistema nervioso mucho más simple, como modelo para estudiar el comportamiento de alimentación. Los investigadores han demostrado previamente que la comida influye mucho en la locomoción de C. elegans . La dieta del gusano consiste principalmente en bacterias, y los científicos descubrieron que cada vez que los gusanos encuentran un gran parche de comida, disminuyen su velocidad para consumirlo. Cuando están saciados, Flavell y sus colegas descubrieron que los animales comienzan a deambular por su entornonuevamente, gracias a su reciente estudio, estamos empezando a entender por qué.
"Hubo evidencia de comportamiento que C. elegans 'el sistema nervioso está recibiendo información sobre los alimentos en el medio ambiente, pero no sabíamos cómo funcionaba eso ", dice Flavell.
Los investigadores sabían que la liberación de serotonina estaba impulsando la desaceleración, pero no sabían qué estaba desencadenando esa liberación. Para tratar de resolverlo, decidieron estudiar un tipo de neuronas entéricas productoras de serotonina llamada neurosecretor-motor NSM neuronas, que se encuentran en el revestimiento de la C. elegans órgano digestivo, conocido como faringe.
A través de una serie de experimentos, los investigadores descubrieron que las neuronas NSM se activan inmediatamente cuando las lombrices comen alimentos bacterianos. Las neuronas NSM tienen una sola extensión larga, o neurita, que se proyecta en el intestino de los gusanos. Los investigadores también descubrieron que esta neurita actúacomo un final sensorial para las neuronas NSM, desempeñando un papel clave en la activación de las neuronas cuando el animal come alimentos bacterianos.
Otros estudios revelaron dos nuevos canales iónicos, llamados DEL-3 y DEL-7, que se encuentran en la punta de esta neurita y son necesarios para que las neuronas NSM sean activadas por alimentos bacterianos. Estos canales son parte de una familia deproteínas llamadas canales iónicos con detección de ácido ASIC, que se encuentran en todos los animales, incluidos los humanos. Algunos de estos canales tienen un papel en el gusto y en la detección del dolor, mientras que otras funciones aún se desconocen. Curiosamente, estos canales también se expresan en forma entéricaneuronas en el intestino de los mamíferos. Flavell especula que los ASIC pueden desempeñar un papel general en la detección de poblaciones bacterianas presentes a lo largo del tracto digestivo y potencialmente en otros lugares.
Los investigadores ahora están tratando de descubrir cómo DEL-3 y DEL-7 detectan las bacterias. Una posibilidad es que los canales detecten directamente un compuesto secretado por bacterias. Alternativamente, un compuesto bacteriano puede interactuar con un receptor cercano que luego activa elcanales iónicos, dice Flavell.
muchas neuronas
El laboratorio de Flavell también planea estudiar otros C. elegans neuronas que también tienen extensiones en el intestino, para ver si desempeñan un papel similar a las neuronas NSM, posiblemente detectando otros componentes de bacterias u otras señales de alimentos.
"Con las herramientas que ahora tenemos en su lugar, debería ser sencillo para nosotros entrar en estos otros tipos de células y preguntar si son activadas por la ingestión de alimentos, y si es así, qué tipo de canales expresan", Flavelldice: "Hay alrededor de otros 30 canales iónicos que están estrechamente relacionados con DEL-3 y DEL-7 en el gusano, y podrían estar detectando otras señales bacterianas".
Los investigadores también están explorando con más detalle los efectos de la serotonina en el resto del cerebro de los animales. Una vez que se activan los canales iónicos en las células NSM, las células comienzan a liberar serotonina, que luego puede ser detectada por las neuronas cercanas que expresanreceptores de serotonina.
"Estamos tratando de ver realmente todo el resto del sistema nervioso para ver cómo la serotonina cambia la actividad de muchas células aguas abajo para finalmente conducir a este cambio de comportamiento", dice Flavell.
Otra pregunta sin respuesta es si este mecanismo básico para la detección de bacterias que el laboratorio Flavell ha descubierto también funciona en humanos. El intestino humano contiene una variedad diversa de bacterias, denominadas microbiomas. Además, el intestino está cubierto de neuronas.como las células llamadas células enterocromafínicas que producen serotonina y la liberan a las neuronas sensoriales que transportan información al cerebro. Los investigadores apenas comienzan a comprender los canales y receptores que pueden permitir que estas células detecten el contenido del intestino, y cómo el intestino serotoninérgicola señalización al cerebro podría alterar el comportamiento en los mamíferos. Estos nuevos mecanismos elaborados en el gusano pueden guiar futuros estudios en esta área.
La investigación fue financiada por la Fundación JPB, el Fondo de Innovación del Instituto Picower, el Fondo de Investigación de Trastornos Neurológicos Picower, el programa NARSAD Young Investigator, los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto Médico Howard Hughes y la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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