Біологія
Біологія

Кишкові лактобацили покращили пам'ять джмелів

Кишкові бактерії джмелів виявилися здатними впливати на пам'ять своїх господарів. Як показало дослідження китайських та британських вчених, зі збільшенням у кишковому мікробіомі кількості бактерій Lactobacillus apis у джмелів покращується довготривала пам'ять. Подібного ефекту вдалося досягти і застосуванням сполуки, рівень якої збільшується у гемолімфі комах у відповідь на зростання чисельності L. apis. Дослідження джмелів та їхніх бактерій опубліковане в журналі Nature Communications.

Джміль земляний (Bombus terrestris) на цинії. Simon Koopmann / Wikimedia Commons

Джміль земляний (Bombus terrestris) на цинії. Simon Koopmann / Wikimedia Commons

Як пов'язали бактерій комах із їхніми когнітивними здібностями?

Кишковий мікробіом вже тривалий час підозрюють у здатності впливати на когнітивні функції. Наприклад, недавні дослідження вказували, що окремі бактерії пов'язані з розвитком хвороби Альцгеймера, а інші — що пересадження бактерій із кишківника молодих мишей старим покращує здатність останніх навчатися та запам'ятовувати. Немає причин відкидати, що в інших тварин у природних популяціях кишковий мікробіом також має вплив на когнітивні здібності. Утім, поки що про це відомо дуже мало. Бджоли можуть допомогти розібратися в питанні.

Когнітивні здібності бджіл варіюють між особинами, так само як і мікробний склад їхнього кишківника. Однак на відміну від ссавців, у цих комах кишковий мікробіом складається із невеликої кількості основних груп бактерій, які виконують різні метаболічні функції на користь свого господаря — Snodgrassella alvi, Gilliamella apicola, Lactobacillus Firm-4, Lactobacillus Firm-5 та Bifidobacterium. Це робить бджіл зручними об'єктами у вивченні впливу кишкової мікробіоти на когнітивні здібності. Цим скористалися науковці Цяннанського університету та Лондонського університету королеви Марії.

Як зрозуміти, чи впливають бактерії в кишківнику на когнітивні здібності?

Досліди проводили на представниках родини Бджолиних — земляних джмелях (Bombus terrestris). Спочатку науковці провели з тваринами поведінкові досліди, аби з'ясувати індивідуальні показники когнітивних здібностей. Для цього джмелі проходили завдання, під час якого їм потрібно було запам'ятати і навчитися розрізняти за кольором п'ять штучних квіток із солодким цукровим сиропом від п'яти штучних квіток із гірким розчином хініну. Через три дні після тренування комахи проходили тестування на пам'ять, яке показувало, як добре вони зберегли інформацію про асоціації.

Після поведінкових дослідів науковці вивчили кишковий мікробіом піддослідних джмелів. Вони проаналізували бактеріальний склад задньої кишки, яка найбагатша на мікроорганізми. Зробили це завдяки методу метагеномного секвенування, коли одразу вивчається уся ДНК, виділена зі зразка. Відтак науковці зіставили індивідуальні особливості мікробіому джмелів із їхніми результатами тестувань на навчання та пам'ять.

На що вказало дослідження джмелів та їхнього мікробіому?

Вчені виявили зв'язок між чисельністю бактерій Lactobacillus Firm-5 та пам'яттю. Джмелі, у яких було більше цих бактерій, краще пам'ятали, якого кольору квітка містить солодку рідину, а якого — гірку. Науковці припустили, що відповідальною за це може бути найчисленніша бактерія групи — Lactobacillus apis. Тож вони провели ще один дослід: почали згодовувати частині нових бджіл цукровий розчин із добавкою L. apis, а контрольним — пустий цукровий розчин. Очікувано, дієта з добавкою спричинила зростання кількості цих бактерій у кишківнику комах. І як показало тестування, у цих джмелів помітно краща довготривала пам'ять (але не швидкість навчання), ніж у контрольних.

Відсоток правильного вибору джмелів під час тестування пам'яті (зліва — контрольна група, справа — група, якій згодовували L. apis). Li Li et al. / Nature Communications, 2021

Відсоток правильного вибору джмелів під час тестування пам'яті (зліва — контрольна група, справа — група, якій згодовували L. apis). Li Li et al. / Nature Communications, 2021

При цьому покращення не було реакцією організму на загалом збільшення кількості будь-яких бактерій, а пов'язане саме із видом L. apis. Згодовування добавки із S. alvi та G. apicola хоч і збільшило чисельність цих бактерій у кишці, але не викликало змін ані у швидкості навчання, ані у пам'яті. Як з'ясувалося, ефект від лактобацил спричинений підвищенням рівня гліцерофосфоліпідів, особливо лізофосфатидної кислоти, у гемолімфі джмелів. Використання лізофосфатидної кислоти як самостійної харчової добавки так само допомагало покращити пам'ять комах. Вчені з'ясували, що добавка L. apis змінила експресію генів окремих рецепторів у нейронах задньої кишки та структурах мозку комах, які залучені в навчанні та запам'ятовуванні. Але точний механізм впливу бактерій на пам'ять комах, зокрема, яка роль у цьому виявленої зміни експресії, слід з'ясувати в наступних дослідженнях.

Раніше лактобацили кишківника вже пов'язували із покращенням пам'яті в мишей, тому є ймовірність, що колись вони або інші бактерії зможуть допомогти в лікуванні розладів пам'яті у людей.

Нещодавно ми писали, що кишковий мікробіом бджіл-падальників змінювався у процесі переходу комах від вегетаріанської до м'ясоїдної дієти. Набуті в процесі кишкові бактерії могли цьому посприяти, забезпечивши захист бджіл від патогенів та перетравлення нової їжі.