Bakterier som pacemaker til tarmen

Spontane sammentrækninger i fordøjelseskanalen spiller en vigtig rolle i næsten alle dyr, og sikre sunde tarmfunktioner. Fra simple hvirvelløse dyr til mennesker, der er konsekvent lignende bevægelsesmønstre, hvorigennem rytmiske sammentrækninger af musklerne letter transporten og blandingen af ​​tarmindholdet. Disse sammentrækninger, kendt som peristaltik, er afgørende for fordøjelsesprocessen. Med forskellige sygdomme i fordøjelseskanalen, såsom alvorlige inflammatoriske tarmsygdomme hos mennesker, der er forstyrrelser i den normale peristaltik. Til dato, meget lidt forskning har undersøgt de faktorer, der ligger til grund for kontrollen med disse sammentrækninger. Nu, for første gang, et forskerhold fra arbejdsgruppen for celle- og udviklingsbiologi (Bosch AG) ved Zoologisk Institut ved Kiel Universitet (CAU) har været i stand til at bevise, at den bakterielle kolonisering af tarmen spiller en vigtig rolle i kontrollen af ​​peristaltiske funktioner.

Forskerne offentliggjorde deres resultater i går - afledt af eksemplet med ferskvandspolypper Hydra - i det seneste nummer af Videnskabelige rapporter .

Udløserne for de normale spontane sammentrækninger af muskelvævet er såkaldte pacemakerceller i nervesystemet. I en bestemt rytme og uden nogen ekstern stimulation, de udsender elektriske impulser, som i sidste ende når de glatte muskler i tarmvæggen, og få dem til at trække sig sammen. Selvom impulserne som sådan opstår af sig selv, deres hyppighed og intensitet, imidlertid, er udsat for ydre påvirkninger. "Eksemplet med den simple ferskvandspolyp Hydra har vist os, at den bakterielle kolonisering af organismen kan påvirke sammentrækningerne af dens fordøjelseskavitet. Mest sandsynligt gør de det ved at modulere de underliggende pacemakersignaler, sagde professor Thomas Bosch, leder af undersøgelsen og talsmand for Collaborative Research Center (CRC) 1182 "Origin and Function of Metaorganisms". I modsætning til andre mere komplekse organismer, Hydra har ingen tarm i ordets sande betydning. Deres enkle kropshulrum antager, bl.a. funktionen af ​​en fordøjelseskanal; det omgivende væv udviser også de typiske sammentrækninger forbundet med mere højt udviklede tarm.

For at finde ud af, hvordan peristaltikken reguleres i ferskvandspolypperne, forskerne sammenlignede normal Hydra, som havde typisk bakteriel kolonisering, med dem, der fik fjernet deres mikrobiom fuldstændigt med en antibiotikacocktail. Sammenlignet med, disse organismer uden bakteriel kolonisering - også omtalt som bakteriefri polypper - udviste en reduktion i sammentrækninger med omkring halvdelen. På samme tid, rytmen i bevægelserne blev forstyrret, og nogle af pauserne mellem veerne var meget længere. Dermed, fraværet af det typiske mikrobiom i Hydra kompromitterede de peristaltiske bevægelser i kropshulen.

I et yderligere skridt, forskerne restaurerede den specifikke bakteriekolonisering i de bakteriefri organismer. I første omgang, de introducerede hver af de fem mest almindelige bakteriearter, der findes i Hydra -mikrobiomet, individuelt tilbage i de sterile polypper. Det viste sig, at denne individuelle bakterielle kolonisering ikke har nogen nævneværdig effekt på hyppigheden og timingen af ​​sammentrækninger. Kun den fælles genindførelse af de fem vigtigste repræsentanter for mikrobiomet førte til en markant forbedring af peristaltikken, selvom selv da mønsteret af sammentrækninger var ikke fuldt normaliseret. Interessant nok, et ekstrakt fremstillet af de koloniserende bakterier havde en tilsvarende positiv indflydelse.

Ud fra disse observationer konkluderede forskerholdet fra Kiel, at kun det naturlige Hydra-mikrobiom - kendetegnet ved en balance mellem de tilstedeværende bakteriearter - kan spille en vigtig pacemaker-rolle i peristaltikken. De opdagede, at I dette tilfælde, visse molekyler, der udskilles af bakterierne, kan gribe ind i pacemakercellernes kontrolmekanisme. Som sådan, bakterielle signaler kan have en afgørende effekt på mønsteret af spontane peristaltiske sammentrækninger. "Vi var i stand til at demonstrere for første gang, at i vores simple modelorganisme, mikrobiomet har en uundværlig funktion i hyppigheden og timingen af ​​vævssammentrækninger, " understregede Bosch.

Ud over, eksemplet med den evolutionært gamle modelorganisme Hydra viser os, at kontrollen af ​​vitale processer i flercellede organismer ved deres bakterielle symbionter allerede opstod meget tidligt i livets udvikling, fortsatte Bosch. Disse banebrydende resultater er særligt lovende for medicinsk forskning:"Den grundlæggende forklaring på samarbejdet mellem organisme og mikrobiom i reguleringen af ​​peristaltikken vil i fremtiden hjælpe os til at forstå fremkomsten af ​​alvorlige sygdomme, som opstår som følge af forstyrret bevægelse af tarmen, " opsummerede Bosch.