Un aspetto centrale delle scienze della vita è esplorare la convivenza simbiotica degli animali, piante ed esseri umani con le loro specifiche comunità batteriche. Gli scienziati si riferiscono all'insieme completo di microrganismi che vivono su e all'interno di un organismo ospite come microbioma. Negli anni passati, si sono accumulate prove che la composizione e l'equilibrio di questo microbioma contribuiscono alla salute dell'organismo. Ad esempio, alterazioni nella composizione della comunità batterica sono implicate nell'origine di varie cosiddette malattie ambientali. Però, è ancora in gran parte sconosciuto come funziona la cooperazione tra organismo e batteri a livello molecolare e come il microbioma e il corpo agiscono esattamente come un'unità funzionale.
Un'importante svolta nella decifrazione di queste relazioni altamente complesse è stata ora raggiunta da un gruppo di ricerca dell'Istituto zoologico dell'Università di Kiel. Utilizzando il polipo d'acqua dolce Hydra come organismo modello, i ricercatori di Kiel e i loro colleghi internazionali hanno studiato come il semplice sistema nervoso di questi animali interagisce con il microbioma. hanno potuto dimostrare, per la prima volta, che le piccole molecole secrete dalle cellule nervose aiutano a regolare la composizione e la colonizzazione di specifici tipi di batteri benefici lungo la colonna corporea dell'Hydra. "Fino ad ora, i fattori neuronali che influenzano la colonizzazione batterica del corpo erano in gran parte sconosciuti. Siamo stati in grado di dimostrare che il sistema nervoso svolge un importante ruolo regolatore qui, "dice il professor Thomas Bosch, un biologo dello sviluppo evoluzionista. Gli scienziati hanno pubblicato le loro nuove scoperte in Comunicazioni sulla natura questo martedì.
Il gruppo di ricerca, guidato da Bosch, utilizzare il polipo d'acqua dolce Hydra come organismo modello per chiarire i principi fondamentali della struttura e della funzione del sistema nervoso. L'Idra rappresenta un antico ramo evolutivo del regno animale; hanno un piano corporeo semplice con una rete nervosa di soli 3000 neuroni circa. Applicando la moderna tecnologia sperimentale a questi organismi che, nonostante la loro semplicità, condividono ancora una grande somiglianza molecolare con il sistema nervoso dei vertebrati, consentito l'identificazione di antichi e quindi fondamentali principi della struttura e della funzione del sistema nervoso.
Utilizzando questo organismo modello, i ricercatori dell'Università di Kiel hanno affrontato la questione di come le sostanze messaggere prodotte dal sistema nervoso, noti come neuropeptidi, controllare la cooperazione e la comunicazione tra ospite e microbi. Hanno raccolto cellulare, prove molecolari e genetiche per dimostrare che i neuropeptidi hanno un'attività antibatterica che influenza sia la composizione che la distribuzione spaziale dei microbi colonizzatori.
Al fine di rivelare le connessioni tra neuropeptidi e comunità batteriche, i ricercatori di Kiel si sono inizialmente concentrati sullo sviluppo del sistema nervoso del polipo d'acqua dolce, dallo stadio dell'uovo fino all'animale adulto. Gli cnidari sviluppano un sistema nervoso completo entro circa tre settimane. Durante questo periodo di sviluppo, le comunità batteriche che ricoprono la superficie dell'animale cambiano radicalmente, fino a quando non si forma finalmente una composizione stabile del microbioma. Sotto l'influenza dell'effetto antimicrobico dei neuropeptidi, la concentrazione dei cosiddetti batteri Gram-positivi, un sottogruppo di batteri, diminuisce bruscamente in un periodo di circa quattro settimane. Al termine del processo di stagionatura, prevale una composizione tipica del microbioma, particolarmente dominato dai batteri Gram-negativi Curvibacter. Poiché i neuropeptidi sono prodotti in modo particolare solo in determinate aree del corpo, controllano anche la localizzazione spaziale dei batteri lungo la colonna corporea. Così, nella regione della testa, Per esempio, c'è una forte concentrazione di peptidi antimicrobici, risultando in sei volte meno batteri Curvibacter rispetto ai tentacoli.
Sulla base di queste osservazioni, gli scienziati hanno concluso che nel corso dell'evoluzione il sistema nervoso ha anche svolto un ruolo di controllo per il microbioma, oltre ai suoi compiti sensoriali e motori. "I risultati sono importanti anche in un contesto evolutivo. Poiché gli antenati di questi animali hanno inventato il sistema nervoso, sembra che l'interazione tra il sistema nervoso e il microbioma sia una caratteristica antica degli animali multicellulari. Poiché il design semplice di Hydra ha una grande rilevanza di base e traslazionale e promette di rivelare nuove e inaspettate caratteristiche di base del sistema nervoso, ulteriori ricerche sull'interazione tra corpo e batteri si concentreranno quindi maggiormente sugli aspetti neuronali, " disse Bosch, riassumendo il significato dell'opera.
