Las bacterias contribuyen a la modulación del comportamiento animal
El equipo de investigación utiliza el ejemplo del pólipo de agua dulce Hydra para mostrar cómo las células nerviosas y los microorganismos cooperan para controlar el comportamiento alimentario de los animales
Un campo de trabajo cada vez más importante en las ciencias de la vida modernas es el estudio de la coexistencia simbiótica de animales, plantas y seres humanos con sus poblaciones microbianas específicas. En los últimos años, los investigadores han reunido cada vez más pruebas de que la composición y el equilibrio del microbioma desempeñan un papel decisivo en la función y la salud del organismo en su conjunto. Han identificado un aspecto de importancia fundamental en estas relaciones funcionales en la comunicación entre las células nerviosas del huésped y su microbioma, que se estableció por primera vez muy pronto en la evolución. Aún se desconoce en gran medida la importancia de esta cooperación y cómo afectan estas interacciones al comportamiento. En un estudio reciente, un equipo de investigación del Centro de Investigación Colaborativa (CRC) 1182 "Origen y función de los metaorganismos" de la Universidad de Kiel ha obtenido nuevos conocimientos sobre la cooperación entre el sistema nervioso y el microbioma. Utilizando como ejemplo el pólipo de agua dulce Hydra, los investigadores de Kiel estudiaron la base neuronal de su comportamiento alimentario y si el microbioma interviene en este comportamiento y de qué manera. De este modo, pudieron demostrar mecánicamente por primera vez que un microbioma con una diversidad reducida afecta a la función de determinadas células nerviosas y, por tanto, altera el comportamiento alimentario.
Una compleja cooperación de células nerviosas controla el comportamiento alimentario de Hydra
El pólipo de agua dulce Hydra es un cnidario de aproximadamente un centímetro de tamaño que vive en las aguas poco profundas de los lagos adherido a plantas acuáticas y se alimenta, entre otros, de crustáceos microscópicos. Para atrapar a sus presas, Hydra ejecuta un programa de comportamiento coordinado y relativamente rápido. "Este comportamiento puede estudiarse bien experimentalmente, ya que puede ser desencadenado no sólo por la presa viva, sino también por el péptido glutatión, que puede suministrarse a los animales en los platos de cultivo", explica Christoph Giez, miembro del CRC 1182 y estudiante de doctorado en el grupo de Biología Celular y del Desarrollo del Instituto Zoológico. "Detrás del comportamiento alimentario subyace un control neuronal bastante más complejo de lo que se suponía hasta ahora a partir de la simple red nerviosa de Hydra", prosigue Giez. Mediante un método de visualización basado en el calcio, el equipo de investigación pudo observar en tiempo real en el animal vivo las poblaciones nerviosas implicadas en el comportamiento alimentario e identificar así el circuito neuronal implicado.
La composición del microbioma influye en el comportamiento alimentario natural
Para probar la conexión entre el microbioma y el comportamiento alimentario, los científicos examinaron primero animales libres de gérmenes artificiales: las hidras sin microbioma mostraban un patrón de comportamiento claramente alterado, que se expresaba principalmente en una menor duración de la apertura de la boca. "Al añadir de nuevo el microbioma, se restableció el comportamiento alimentario normal en estos animales. Esto nos permitió demostrar la influencia directa del microbioma", subraya Giez.
Para averiguar qué bacterias tienen una influencia especialmente significativa, los investigadores de Kiel colonizaron primero animales libres de gérmenes con una especie bacteriana definida cada uno en el siguiente paso. "Se observó un efecto especialmente interesante al colonizar con la bacteria Curvibacter. El comportamiento alimentario de los animales colonizados únicamente con Curvibacter se ve muy afectado: Estos animales sólo pueden abrir la boca de forma muy limitada", prosigue Giez.
En otros estudios, se descubrió que Curvibacter produce el aminoácido glutamato, que también desempeña un papel importante en el metabolismo humano. Cuando la composición del microbioma es muy reducida y sólo está presente el Curvibacter, el glutamato se acumula, se une a las neuronas y provoca un bloqueo de la apertura bucal. El efecto inhibidor de la bacteria Curvibacter se invierte en cuanto se reintroducen en el tejido los restantes miembros del microbioma.
"En general, hemos podido demostrar que incluso en animales filogenéticamente antiguos es necesario un microbioma diverso para un comportamiento alimentario normal. Si la composición de este microbioma se altera gravemente, se producen cambios significativos en el comportamiento", resume el profesor Thomas Bosch, jefe del grupo de Biología Celular y del Desarrollo. Los investigadores han reunido pruebas de que esto se debe a las interacciones entre los distintos miembros del microbioma. Si existe un microbioma "normal" rico en especies, el glutamato producido es absorbido y utilizado por otras especies bacterianas y el circuito neuronal responsable del comportamiento alimentario no se ve alterado.
Hydra abre nuevas perspectivas de investigación
Con sus pruebas mecanicistas de la colaboración entre el microbioma y el sistema nervioso, los nuevos resultados de la investigación del equipo del CRC 1182 aportan nuevos enfoques importantes para la investigación en profundidad. "Nuestro estudio abre la puerta a nuevas investigaciones sobre los efectos de la interacción entre el microbioma y el sistema nervioso en las funciones de todo el organismo. Entre otras cosas, queremos averiguar en el futuro si los microorganismos intervienen ya en la formación del sistema nervioso durante el desarrollo embrionario y de qué manera, y qué papel desempeña el microbioma en la producción de neurotransmisores", subraya Bosch.
A largo plazo, la elucidación de estos componentes individuales dará lugar a diversas perspectivas de investigación fascinantes que también tienen como objetivo mejorar la salud humana. "Tal vez con una mejor comprensión de las interacciones entre las células nerviosas y las bacterias en el animal modelo Hydra, también podremos estudiar los mecanismos que pueden conducir a enfermedades neurológicas y neurodegenerativas en los seres humanos. Aunque la incidencia de estas enfermedades es muy alta en todo el mundo, aún no se comprenden los mecanismos de su patogénesis", afirma Bosch, portavoz del CRC 1182.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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