蠕虫中的喂养行为可能有助于揭示人类心脏功能

时间：2021-10-20 14:58:00来源：

从秀丽杆线虫线虫的心肌学和其他细胞的电子显微镜图像中的3D重建。控制新发现的吐痰行为的M1神经元位于中心。由研究人员礼貌

在MIT研究人员的一项新的研究中，揭示了一个简单的蛔虫有能力吐出潜在的致命物质 - 这一发现可能对人类心灵研究具有令人惊讶的影响。

品尝和吐出毒食物是许多复杂生物共享的生存性状。为了饲料，蠕虫使用其咽部，一种肌肌肌肉泵 - 没有紧张系统刺激的合同 - 有节奏地吸入细菌进入其肠道。在本文在当前生物学中发表的论文中，研究人员识别了三个神经电路 - 咽部内外 - 导致蠕虫在光线存在下停止喂养和吐痰，这产生致命的过氧化氢。

研究人员所说的，鉴定神经元的控制如何控制咽部，可以改善对人源性肌肉的理解 - 例如心脏和胃。例如，蠕虫的咽部，人类的心，例如，将物质泵送通过管，并依赖于外部神经元，从大脑中控制心率和其他功能。

“所有这些都在神经影响下，已经建立了蠕虫可能发生的事情可能有助于我们更多地了解神经系统如何控制我们的器官，”麻省理工学院的生物学和领导作者的博士后，尼克尔巴特拉说本文。

在接触光之后，C. elegans线虫吐痰（由上部，右角的白色盒子表示），其产生致命的过氧化氢。由研究人员礼貌

除其他事物之外，Bhatla说，蠕虫的吐痰行为使瓣膜心脏疾病使血液有时泵出错。“这打开了这个问题，”心脏中有神经元在氧气或某些激素或其他分子的水平，以及当阀门打开和关闭时控制的内容，以及控制。“他说。

本文的其他作者是H. Robert Horvitz，David H. Koch Biology，Technician Rita Droste，研究生Steve Sando，以及Alumna Anne Huang。

找到“爆发响应”

在先前的研究中，Bhatla和Horvitz发现，两种分子味道受体Gur-3和Lite-1在几个神经元中起作用 - 包括咽部I2神经元 - 以控制蠕虫对过氧化氢的反应和紫罗兰产生的其他有害的反应性氧化合物和紫外线。努力减少对有毒化学品的暴露，蠕虫抑制喂食并避免这种光线移动。

在这项研究中建立研究人员，在这篇新的论文中，记录了蠕虫在长时间暴露于光线下的饲养。在这样做时，他们发现了一种“突发响应”，其中蠕虫将停止喂食，但随后在瞬态爆发中再次启动。放大，他们注意到在这些突发回应期间来自蠕虫的嘴巴的气泡。

为了更好地捕获这种现象，它们将每秒1,000帧框架的相机连接到显微镜，并且实际上，气泡是伴随着摄取的细菌的吐痰。科学家们知道其他线虫因其他原因吐痰 - 包括将物质与植物中的物质反动以液化消化的内容物，以及呕吐病原体进入其受害者的昆虫杀害线虫。“但没有人知道简单的秀丽隐杆线虫可以吐痰，”布拉拉说。“这是完全出乎意料的。”

通常，蠕虫将流体吸入其咽部，在其嘴附近封闭肌肉过滤器，并推出不需要的液体，同时保留可摄取细菌。但研究人员认为，当蠕虫味于有害化学品时，它永远不会关闭其过滤器。“然后，一切都刚刚被驱逐出来，”布拉拉说。

事件的核心

C. Elegans只有302个神经元 - 20，其中20个位于咽部。相比之下，估计人脑含有超过80亿神经元。C.杆杆线虫中的有限数量的神经元使得所有使用电子显微镜识别的所有神经连接，并在蠕虫的连接中映射。

为了鉴定控制食物摄入的神经元，研究人员用激光杀死了所有20个咽部神经元，发现当消除M1神经元时，蠕虫停止吐痰 - 在吐痰中暗示这种神经元。另外两个神经电路，研究人员发现 - I1电路和先前识别的I2电路 - 通过破坏咽部的泵送时暴露于光线时抑制喂养。

研究人员认为，表达Lite-1受体的M1神经元检测有毒化学品，然后将蜗杆过滤阀打开以完全吐。

结果，Bhatla说，可以表明主动脉反流的新原因，一种心脏状况，其中含氧血液向后流入心脏，而不是向外到身体;领先的已知原因是阀变性和心内膜炎，心脏炎症。但是，如果人类心灵中存在类似于蠕虫的M1，那么那些神经元可能会在血液中检测有害刺激，并告诉心脏保持阀门的阀门，也许是为了防止有害物质蔓延。

“如果证实了这一类比，则通过抑制此类神经元的功能，新的治疗方法可以通过抑制这种神经元的功能来提供替代对瓣膜心脏病的替代方法。

在另一个显着的发现中，研究人员发现，通过RIP神经元在咽部外部观察到光线，其将信号中继到咽部I1神经元以抑制喂养。该电路与人类自主神经系统类似，其中信号从大脑中出现并穿过脊髓，以调节心率，肠道消化和其他肌原型功能。

下一步是进一步研究该RIP-I1信号，并跟踪其他咽部神经元如何与蠕虫中的额外神经元相互作用，希望脱落人类自主系统如何运作。“威尔允许我们分析敏捷的神经元在这种精细的细节中互动，我们可能会发现关于神经电路的一些基…础，这可能会告诉我们其他有机体中的类似结构，以及如何如何在疾病中发生故障，”布拉拉说。

宾夕法尼亚州宾夕法尼亚大学生物工程和神经科学助理教授Chris Fang-Yen，他在该研究中呼叫该领域的“非常重要的工作”。

发现M1神经元控制吐痰，方烨说，从他自己的研究中解决了两个挥之不去的谜团，进入蠕虫的饲养行为。“我们看着的每个细胞都是兴奋地在咽部抽水，其中M1神经元除外，”他说。“所以我总是想知道M1神经元所做的，以及哪些[控制]的过滤阀 - 以及这两个谜团恰好是相同的事情。”

他补充说，需要更多的研究，以确定这些发现是否可以对人类心脏功能的亮起。“但肯定是思考的很有趣，”他说。