Een centraal aspect van de levenswetenschappen is het onderzoeken van het symbiotische samenleven van dieren, planten en mensen met hun specifieke bacteriële gemeenschappen. Wetenschappers verwijzen naar de volledige set micro-organismen die op en in een gastheerorganisme leven als het microbioom. Over de afgelopen jaren, Er is bewijs verzameld dat de samenstelling en balans van dit microbioom bijdraagt ​​aan de gezondheid van het organisme. Bijvoorbeeld, veranderingen in de samenstelling van de bacteriële gemeenschap zijn betrokken bij de oorsprong van verschillende zogenaamde omgevingsziekten. Echter, het is nog grotendeels onbekend hoe de samenwerking tussen organisme en bacteriën op moleculair niveau werkt en hoe het microbioom en lichaam precies fungeren als een functionele eenheid.

Een belangrijke doorbraak in het ontcijferen van deze zeer complexe relaties is nu bereikt door een onderzoeksteam van het Zoölogisch Instituut van de Universiteit van Kiel. Met de zoetwaterpoliep Hydra als modelorganisme, de in Kiel gevestigde onderzoekers en hun internationale collega's onderzochten hoe het eenvoudige zenuwstelsel van deze dieren interageert met het microbioom. Ze konden demonstreren, Voor de eerste keer, dat kleine moleculen die door zenuwcellen worden uitgescheiden, helpen bij het reguleren van de samenstelling en kolonisatie van specifieke soorten nuttige bacteriën langs de lichaamskolom van de Hydra. "Tot nu toe, neuronale factoren die de bacteriële kolonisatie van het lichaam beïnvloeden, waren grotendeels onbekend. We hebben kunnen bewijzen dat het zenuwstelsel hier een belangrijke regulerende rol speelt, " zegt professor Thomas Bosch, een evolutionair ontwikkelingsbioloog. De wetenschappers publiceerden hun nieuwe bevindingen in Natuurcommunicatie deze dinsdag.

Het onderzoeksteam, onder leiding van Bosch, gebruik de zoetwaterpoliep Hydra als modelorganisme om de fundamentele principes van de structuur en functie van het zenuwstelsel op te helderen. Hydra vertegenwoordigt een evolutionaire oude tak van het dierenrijk; ze hebben een eenvoudig lichaamsplan met een zenuwnet van slechts ongeveer 3000 neuronen. Door moderne experimentele technologie toe te passen op deze organismen die, ondanks hun eenvoud, delen nog steeds een grote moleculaire overeenkomst met het zenuwstelsel van gewervelde dieren, maakte identificatie mogelijk van oude en daarom fundamentele principes van de structuur en functie van het zenuwstelsel.

Met behulp van dit modelorganisme, de onderzoekers van de Universiteit van Kiel gingen in op de vraag hoe boodschapperstoffen die door het zenuwstelsel worden geproduceerd, bekend als neuropeptiden, controle van de samenwerking en communicatie tussen gastheer en microben. Ze verzamelden cellulaire, moleculair en genetisch bewijs om aan te tonen dat neuropeptiden antibacteriële activiteit hebben die zowel de samenstelling als de ruimtelijke verdeling van de koloniserende microben beïnvloedt.

Om de verbanden tussen neuropeptiden en bacteriële gemeenschappen te onthullen, de in Kiel gevestigde onderzoekers concentreerden zich eerst op de ontwikkeling van het zenuwstelsel van de zoetwaterpoliep, van het eistadium tot een volwassen dier. Neteldieren ontwikkelen binnen ongeveer drie weken een compleet zenuwstelsel. Tijdens deze ontwikkelingstijd de bacteriële gemeenschappen die het oppervlak van het dier bedekken, veranderen radicaal, totdat zich uiteindelijk een stabiele samenstelling van het microbioom vormt. Onder invloed van de antimicrobiële werking van de neuropeptiden, de concentratie van zogenaamde Gram-positieve bacteriën, een subgroep van bacteriën, neemt sterk af over een periode van ongeveer vier weken. Aan het einde van het rijpingsproces, een typische samenstelling van het microbioom heerst, vooral gedomineerd door Gram-negatieve Curvibacter-bacteriën. Omdat de neuropeptiden met name alleen in bepaalde delen van het lichaam worden geproduceerd, ze regelen ook de ruimtelijke lokalisatie van de bacteriën langs de lichaamskolom. Dus, in het hoofdgebied, bijvoorbeeld, er is een sterke concentratie van antimicrobiële peptiden, wat resulteert in zes keer minder Curvibacter-bacteriën dan op de tentakels.

Op basis van deze observaties, de wetenschappers concludeerden dat het zenuwstelsel in de loop van de evolutie ook een controlerende rol speelde voor het microbioom, naast zijn sensorische en motorische taken. "De bevindingen zijn ook belangrijk in een evolutionaire context. Aangezien de voorouders van deze dieren het zenuwstelsel hebben uitgevonden, het lijkt erop dat de interactie tussen het zenuwstelsel en het microbioom een ​​oud kenmerk is van meercellige dieren. Aangezien het eenvoudige ontwerp van Hydra een grote basis- en translationele relevantie heeft en belooft nieuwe en onverwachte basiskenmerken van het zenuwstelsel te onthullen, verder onderzoek naar de interactie tussen lichaam en bacteriën zal zich daarom meer concentreren op de neuronale aspecten, " zei Bos, de betekenis van het werk samenvatten.