Spontana sammandragningar i matsmältningskanalen spelar en viktig roll i nästan alla djur, och säkerställa sunda tarmfunktioner. Från enkla ryggradslösa djur till människor, det finns genomgående liknande rörelsemönster, genom vilka rytmiska sammandragningar av musklerna underlättar transport och blandning av tarminnehållet. Dessa sammandragningar, känd som peristaltik, är avgörande för matsmältningsprocessen. Med olika sjukdomar i mag -tarmkanalen, såsom allvarliga inflammatoriska tarmsjukdomar hos människor, det finns störningar i den normala peristaltiken. Hittills, mycket lite forskning har undersökt de faktorer som ligger till grund för kontrollen av dessa sammandragningar. Nu, för första gången, ett forskargrupp från cell- och utvecklingsbiologi (Bosch AG) arbetsgrupp vid Zoological Institute vid Kiel University (CAU) har kunnat bevisa att bakteriell kolonisering av tarmen spelar en viktig roll för att kontrollera peristaltiska funktioner.

Forskarna publicerade sina resultat i går - härledda från exemplet med sötvattenspolyper Hydra - i det senaste numret av Vetenskapliga rapporter .

Utlösarna för de normala spontana sammandragningarna av muskelvävnaden är så kallade pacemakerceller i nervsystemet. I en specifik rytm och utan någon yttre stimulans, de avger elektriska impulser, som slutligen når de släta musklerna i tarmväggen, och få dem att dra ihop sig. Även om impulserna som sådana uppstår av sig själva, deras frekvens och intensitet, dock, är utsatta för yttre påverkan. "Exemplet på den enkla sötvattenspolypen Hydra har visat oss att bakteriekoloniseringen av organismen kan påverka sammandragningarna i dess matsmältningshålighet. Troligtvis gör de det genom att modulera de underliggande pacemakersignalerna, "sade professor Thomas Bosch, studiechef och talesperson för Collaborative Research Center (CRC) 1182 "Metaorganismers ursprung och funktion". Till skillnad från andra mer komplexa organismer, Hydra har ingen tarm i ordets rätta bemärkelse. Deras enkla kroppshålighet förutsätter, bland annat, matsmältningskanalens funktion; den omgivande vävnaden uppvisar också de typiska sammandragningarna i samband med mer högt utvecklade tarmar.

För att ta reda på hur peristaltik regleras i sötvattenspolyperna, forskarna jämförde normal Hydra som hade typisk bakteriekolonisering med dem som fick sitt mikrobiom helt avlägsnat med en antibiotisk cocktail. I jämförelse, dessa organismer utan bakteriekolonisering-även kallad bakteriefria polyper-uppvisade en minskning av sammandragningarna med ungefär hälften. På samma gång, rörelsens rytm stördes, och några av pauserna mellan sammandragningarna var mycket längre. Således, frånvaron av den typiska mikrobiomen i Hydra äventyrade de peristaltiska rörelserna i kroppshålan.

I ett ytterligare steg, forskarna återställde den specifika bakteriekoloniseringen i de bakteriefria organismerna. Initialt, de introducerade var och en av de fem vanligaste bakteriearterna som finns i Hydra -mikrobiomet individuellt tillbaka i de sterila polyperna. Det visade sig att denna individuella bakteriekolonisering inte har någon märkbar effekt på frekvensen och tidpunkten för sammandragningar. Endast den gemensamma återinförandet av de fem huvudrepresentanterna för mikrobiomet ledde till en markant förbättring av peristaltik, även om även då, sammandragningsmönstret normaliserades inte helt. Intressant, ett extrakt producerat från de koloniserande bakterierna hade ett liknande positivt inflytande.

Av denna observation drog Kiel -forskargruppen slutsatsen att endast det naturliga Hydra -mikrobiomet - kännetecknat av en balans mellan närvarande bakteriearter - kan spela en viktig pacemakerroll vid peristaltik. De upptäckte att I detta fall, vissa molekyler som utsöndras av bakterierna kan ingripa i pacemakercellens kontrollmekanism. Som sådan, Bakteriesignaler kan ha en avgörande effekt på mönstret av spontana peristaltiska sammandragningar. "Vi kunde för första gången visa att i vår enkla modellorganism, mikrobiomet har en oumbärlig funktion i frekvens och tidpunkt för vävnadskontraktioner, "betonade Bosch.

Dessutom, exemplet på den evolutionärt uråldriga modellorganismen Hydra visar oss att kontrollen av vitala processer hos flercelliga organismer med deras bakteriesymbionter redan har sitt ursprung mycket tidigt i livets utveckling, fortsatte Bosch. Dessa banbrytande resultat är särskilt lovande för medicinsk forskning:"Den grundläggande förklaringen till samarbetet mellan organism och mikrobiom för att reglera peristaltik kommer i framtiden att hjälpa oss att förstå uppkomsten av allvarliga sjukdomar, som uppstår av störd tarmrörelse, "sammanfattade Bosch.