研究:肠道细菌改善大黄蜂的长期记忆

来自江南大学、玛丽女王大学、伦敦大学和奥卢大学的一组科学家发现了共生肠道细菌水平增加之间的因果联系。乳酸菌的api并改善了长期记忆棕尾大黄蜂(陆地炸弹):肠道中这种细菌较多的大黄蜂比细菌较少的大黄蜂记忆力更好;研究还发现,与正常饮食的个体相比,食用含有更多此类食物的昆虫具有更持久的记忆。

肠甘油磷脂生成和记忆增强之间的拟议途径:基于宏基因组和代谢组学分析,Li等.表明增加的水平乳酸菌的api(和其他同样包含PTS糖转运途径许多基因的Firm-5物种)将导致糖代谢增加,从而产生更多的甘油磷脂;这些甘油磷脂随后被输送到后肠,并迅速分泌到血淋巴中(可能是由于mGlu2受体的增加);它们通过蜜蜂的开放循环系统和附着的代谢物被输送到大脑,从而改善神经和突触膜的结构和功能,从而促进更好的记忆。紫色形状:与长期记忆正相关的基因;矩形:在所有三种分析中发现的基因(基于全肠道微生物群、坚定-5和乳酸菌的api).椭圆形:在整个肠道菌群和公司-5分析中发现的基因。圆角矩形:剩余的记忆相关基因。灰色形状:与长期记忆无关的基因。蓝色箭头:糖代谢。 Red arrows: glycerophospholipid metabolism. Purple arrows: the increase or decrease of metabolites after Lactobacillus apis supplementation. Image credit: Li et al., doi: 10.1038/s41467-021-26833-4.

肠甘油磷脂生成和记忆增强之间的拟议途径:基于宏基因组和代谢组学分析,Li.表明增加的水平乳酸菌的api(和其他同样包含PTS糖转运途径许多基因的Firm-5物种)将导致糖代谢增加,从而产生更多的甘油磷脂;这些甘油磷脂随后被输送到后肠,并迅速分泌到血淋巴中(可能是由于mGlu2受体的增加);它们通过蜜蜂的开放循环系统和附着的代谢物被输送到大脑,从而改善神经和突触膜的结构和功能,从而促进更好的记忆。紫色形状:与长期记忆正相关的基因;矩形:在所有三种分析中发现的基因(基于全肠道微生物群、坚定-5和乳酸菌的api).卵子:在整个肠道微生物群和Firm-5分析中发现的基因。圆形矩形:剩余的记忆相关基因。灰色:与长期记忆无关的基因。蓝色箭头:糖代谢。红色箭头:甘油磷脂代谢。紫色箭头:代谢产物的增加或减少乳酸菌的api补充。图片来源:李,内政部:10.1038/s41467-021-26833-4。

“蜜蜂的认知能力因个体而异,与哺乳动物相比,它们拥有相对较小的肠道微生物群落,这使它们成为探索特定肠道共生细菌在自然种群个体认知差异中的作用的理想模型。”江南大学的魏昭教授及其同事说。

“与人类肠道菌群相似,蜜蜂肠道菌群是宿主肠道特有的。这些细菌可以通过觅食和巢内的某些社会互动从一个人传播到另一个人。”

“蜜蜂后肠的细菌含量最高,主要由五种核心细菌组成。”

“这一核心类群中的每一种细菌都被认为是共生的,并具有与宿主相互作用、生物膜形成和碳水化合物分解相关的独特代谢功能。”

“我们开始测试大黄蜂个体的认知差异是否源于微生物群-肠-脑相互作用,并特别询问哪些特定的肠道微生物可能以及如何驱动正常健康大黄蜂的认知差异。”

为了测试大黄蜂的记忆和学习能力,研究人员创造了不同颜色的人造花:五种颜色与甜蔗糖溶液有关,另外五种颜色与苦味溶液有关,其中含有奎宁,一种蜜蜂的驱虫剂。

然后,科学家们观察了蜜蜂能够以多快的速度学会哪些颜色与糖奖励有关,以及它们是否能够在三天后的后续测试中保留这些信息。

通过对蜜蜂的肠道样本进行测序,他们能够将大黄蜂学习和记忆能力的个体差异与肠道中发现的不同细菌水平进行比较。

来确认数字乳酸菌的api在肠道中,这些细菌直接导致了观察到的记忆差异,作者将这些细菌添加到大黄蜂的饮食中,并测量它们对相同任务的反应。

江南大学博士后研究员李莉博士说:“我们的研究结果不仅表明,特定肠道细菌数量的自然变化会影响记忆,而且还表明了一种因果关系——在蜜蜂的饮食中添加相同的细菌物种可以增强它们的记忆。”。

“还需要进一步的研究来确定是否以及哪些细菌物种可能对人类有同样的影响。但我们的工作为这种可能性提供了光明。”

“这是一个迷人的发现,适用于人类和蜜蜂,”玛丽女王伦敦大学的研究员Lars Chittka教授说。

“我们的发现为动物肠道-大脑互动的重要性提供了越来越多的证据,并为自然大黄蜂种群认知差异的原因提供了见解。”

赵教授补充道:“发现特定的记忆增强细菌种类令人惊讶。”。

“结果进一步验证了我们的信念,即我们可以通过调节肠道菌群来提高我们的认知能力。”

这个调查结果发表在杂志上自然传播

_____

L.李. 2021肠道微生物组驱动大黄蜂个体记忆变异。纳特公社12, 6588; 内政部:10.1038/s41467-021-26833-4

共享此页面
广告