Что объединяет нервную систему, кишечные микробы и пресноводную гидру

Гидра (Hydra vulgaris)

Собственная независимая нервная сеть есть не только у сердца, но и у кишечника. Именно она заставляет его сокращаться. И судя по недавнему исследованию на древних водных беспозвоночных (пресноводных гидрах), у этого процесса нашелся неожиданный «кукловод» – кишечный микробиом. Новые результаты открывают и новые возможности в терапии болезней, связанных с нарушениями кишечной перистальтики.

Кажется очевидным, что нервная система с самого начала своего возникновения у многоклеточного организма в ходе эволюции отвечала за его чувствительные и двигательные функции. Но, судя по недавним исследованиям ученых из Кильского университета (Германия), она с самого начала решала задачу налаживания взаимодействия между самим организмом и населяющими его симбиотическими микробами (микробиомом). Причем посредником в этом случае выступал «предшественник» еще одной важнейшей системы – иммунной.

В качестве объекта исследований ученые выбрали пресноводную гидру (Hydra vulgaris) – представителя древнего типа кишечнополостных организмов. Это крошечное создание, обитающее на нашей планете уже более 600 млн лет, обладает удивительной способностью к регенерации: даже разрезанная пополам, гидра быстро восстанавливает нервную, мышечную и другие ткани.

Основная, более тонкая и длинная часть тела этого просто устроенного сидячего организма представлена пищеварительной трубкой, которая начинает сокращаться, когда гидра своими щупальцами захватывает проплывающую мимо мелкую добычу. И-за таких ритмичных перистальтических движений тело гидры может служить неплохой моделью (прототипом) кишечника высших животных. Кстати сказать, у гидр есть и свой «микробиом», представленный симбиотическими одноклеточными водорослями.

Как известно, стенки нашего кишечника волнообразно сокращаются, что способствует продвижению его содержимого. Как и биение сердца, правильную перистальтику кишечника обеспечивает сеть пейсмекерных нейронов («водителей ритма»), способных самостоятельно генерировать ритмические электрические потенциалы. Их работа очень важна: нарушения перистальтики вызывают крайне неприятные желудочно-кишечные расстройства, такие как синдром раздраженного кишечника или хронический запор.

Нейрон с ритмической активностью в кишечном ганглии краба Иона (Cancer borealis). Флуоресцентное окрашивание.

Изучая в нейронах пресноводной гидры совокупности молекул РНК, по которой можно судить об активности тех или иных генов, немецкие ученые обнаружили у нее нервные клетки, подобные нейронам – «водителям ритма» человека, участвующим в контроле моторики кишечника. В этих прототипах пейсмейкерных нейронов активировались те же гены, что и у людей с синдромом разраженного кишечника.

Ранее ученые выяснили, что все нейроны гидры секретируют антимикробные белки, а в водителях ритма дополнительно активируются гены, кодирующие иммунные молекулы, которые могут взаимодействовать с микробами. Из этого следовало, что перистальтика у гидр зависит не только от работы пейсмейкерных нейронов, но и, каким-то образом, от микробиоты. Что и было подтверждено в эксперименте, в ходе которого изменение симбиотической микрофлоры привело к изменению активности генов-водителей ритма и, соответственно, к нарушению перистальтики тела гидр.

Возможно ли, что перистальтика желудочно-кишечного тракта человека также зависит от населяющего его микробного сообщества? Если это так, и наши нейроны-водители ритма, как и у гидры, умеют «общаться» с кишечной микробиотой, то это открывает новые перспективы для разработки способов терапии болезней человека.

Что касается теоретической биологии, то полученные результаты заставляют переосмыслить совместную эволюцию иммунной и нервной систем, учитывая возможные коммуникации между нейронами и микробиомом через иммунные рецепторы. Сама ось «микробиота–кишечник–мозг», возможно, возникла еще на заре эволюции многоклеточных существ, и это было важным приобретением, что и доказывают результаты сравнительных исследований нейронов-пейсмейкеров у гидры, круглого червя (Caenorhabditis elegans) и обычной мыши. Эти три очень разных и эволюционно далеких организма оказались очень схожи по профилю активности генов, кодирующих иммунные рецепторы, и путям, позволяющим этим нейронам взаимодействовать с микроорганизмами.


Фото: uk.m.wikipedia.org и commons.wikimedia.org