¿Las células nerviosas evolucionaron para comunicarse con los microbios según un nuevo estudio científico?

El equipo de investigación de la Universidad de Kiel descubrió que un antiguo sistema nervioso y microorganismos simbióticos se comunican entre sí

Varias enfermedades del tracto digestivo, por ejemplo, la inflamación intestinal severa en humanos, están estrechamente relacionadas con alteraciones en la movilidad natural del intestino.

El papel que desempeña el microbioma, es decir, la comunidad microbiana natural que coloniza el tracto digestivo, en estas contracciones rítmicas del intestino, también conocido como peristaltismo, es actualmente objeto de una intensa investigación.

No está particularmente claro cómo se controlan las contracciones y cómo funcionan las células del sistema nervioso, que actúan como marcapasos, junto con los microorganismos.

Un equipo de investigación del grupo de Biología Celular y del Desarrollo de la Universidad de Kiel ha logrado demostrar por primera vez, utilizando el pólipo de agua dulce Hydra como las neuronas y bacterias filogenéticamente viejas en realidad se comunican directamente entre sí.

Sorprendentemente, descubrieron que las células nerviosas pueden comunicarse con los microorganismos a través de receptores inmunes, es decir, en cierta medida con los mecanismos del sistema inmunitario.

Sobre esta base, los científicos del Centro de Investigación Colaborativa (CRC) (1182 "Origen y función de los microorganismos") formularon la hipótesis de que el sistema nervioso no solo se ha hecho cargo de las funciones sensoriales y motoras desde el inicio de la evolución, sino que también es responsable de la comunicación. con los microbios

Los investigadores de Kiel en torno al profesor Thomas Bosch publicaron sus resultados junto con colegas internacionales en la revista

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)

.Observaciones en un sistema nervioso simple y antiguo

El equipo de investigación estudió la red nerviosa simple del pólipo de agua dulce filogenéticamente antiguo Hydra

Esta red nerviosa es similar en función al llamado sistema nervioso entérico de vertebrados que controla la motilidad del tracto digestivo.

Los investigadores del CRC1182 hicieron dos observaciones importantes.

Primero, lograron por primera vez identificar esas células del sistema nervioso de la Hydra 'responsables de las contracciones rítmicas de la cavidad gástrica.

La clave de este descubrimiento fue la estrecha colaboración con un grupo de investigación en medicina humana dirigido por el profesor Mauro D'Amato de la Universidad de Monash en Melbourne, Australia.

En un estudio de alto rendimiento con material de muestra de pacientes que padecen el síndrome del intestino irritable (SII), los investigadores australianos descubrieron genes que podrían ser responsables de los trastornos del peristaltismo intestinal en humanos.

Sobre esta base, el equipo de investigación de Thomas Bosch examinó la Hydra en

busca de células en las que estos genes están activos.

Sorprendentemente, los investigadores de Kiel los encontraron en un pequeño grupo de células nerviosas de este antiguo sistema nervioso.

Cuando bloquearon la actividad de estos genes en la Hydra, esto condujo inmediatamente a una reducción drástica en las contracciones rítmicas del cuerpo.

Los científicos de la Universidad de Kiel pudieron demostrar que, de hecho, estas eran las células marcapasos que controlan el peristaltismo.

Dado que los genes fueron descubiertos originalmente en muestras humanas de pacientes con SII, los investigadores de Kiel sospechan que estas neuronas son unidades de control central que surgieron temprano en la evolución de los animales para regular las funciones corporales complejas.

Además, el estudio del equipo de investigación de Kiel también produjo un segundo resultado igualmente sorprendente.

El análisis genético molecular detallado de las células nerviosas individuales de Hydra mostró que ejercen una influencia directa sobre la densidad y la composición de las bacterias simbióticas utilizando las herramientas del sistema inmune innato.

Ya se sabía que la ausencia o interrupción del microbioma ejerce una influencia significativa en la frecuencia y regularidad de las contracciones.

El nuevo estudio ahora deja en claro que este es un sistema regulador filogenéticamente antiguo en el que la comunicación bidireccional entre ciertas neuronas y las bacterias simbióticas juega un papel central.

"Nuestras observaciones indican que las células nerviosas son capaces de percibir microorganismos y reaccionar ante ellos", explica el Dr. Alexander Klimovich, científico del grupo Cell and Developmental Biology y miembro de CRC 1182. "Para esto, las neuronas usan receptores que se encuentran en otros animales en células del sistema inmune ", continúa el primer autor del estudio.

Las células marcapasos activadas luego liberan ciertas moléculas, como los péptidos antimicrobianos, que a su vez tienen una fuerte influencia en la presencia o ausencia de microbios específicos.

En investigaciones posteriores, el equipo de investigación de Kiel comparó el conjunto de herramientas moleculares de las neuronas marcapasos en ratones y nematodos con la situación encontrada en la Hydra Descubrieron que la comunicación de las células marcapasos y los microbios también puede tener lugar en otros organismos.

Análisis más detallados mostraron que, por ejemplo, las células marcapasos en el intestino del ratón también poseen receptores inmunes que se comunican con los microorganismos de manera similar.

"Por lo tanto, suponemos que la comunicación entre neuronas y microbios a través de receptores inmunes es un principio fundamental evolutivo altamente conservado", enfatiza Klimovich.

"Es posible que esta conexión entre el sistema nervioso y el microbioma se haya desarrollado por primera vez en hidras hace unos 650 millones de años", dice Klimovich.

Una nueva hipótesis

Los hallazgos del equipo de investigación de Kiel proporcionan así una fuerte evidencia de que la aparición del sistema nervioso estuvo estrechamente vinculada a los microorganismos simbióticos desde el principio.

"Es posible que tengamos que repensar la evolución de los sistemas inmunitario y nervioso", enfatiza Bosch, jefe del grupo Kiel Cell and Developmental Biology y portavoz del CRC 1182, "Es posible que las células nerviosas evolucionen para permitir la comunicación con los microbios que son tan importantes para el cuerpo ", continúa Bosch.

Si esta hipótesis es cierta, también abre perspectivas completamente nuevas sobre el desarrollo y el tratamiento futuro de las enfermedades intestinales humanas causadas por la movilidad intestinal deteriorada.

Esto se debe a que es muy probable que también exista una correlación entre el estado del microbioma y los trastornos del peristaltismo intestinal en humanos.

"En el futuro, por lo tanto, también debemos considerar el papel de las células nerviosas en el desarrollo y tratamiento de enfermedades inflamatorias intestinales", imagina Bosch.

Cuanto mejor comprendan los investigadores su participación en el desarrollo de la enfermedad, más cercanas serán las intervenciones terapéuticas en el microbioma que podrían permitir una motilidad intestinal saludable y, por lo tanto, el tratamiento de enfermedades intestinales crónicas.

Sobre el CRC 1182:

El Centro de Investigación Colaborativa "Origen y Función de los Metaorganismos" es una red interdisciplinaria que involucra a alrededor de 80 investigadores que investiga las interacciones de comunidades microbianas específicas con organismos hospederos multicelulares.

Está respaldado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) y trata la cuestión de cómo las plantas y los animales, incluidos los humanos, forman unidades funcionales (metaorganismos) junto con comunidades altamente específicas de microbios.

El objetivo del CRC 1182 es comprender por qué y cómo las comunidades microbianas entran en estas conexiones a largo plazo con sus organismos huéspedes y qué consecuencias funcionales tienen estas interacciones.

El CRC 1182 reúne a científicos de cinco facultades de la Universidad de Kiel, el GEOMAR Helmholtz-Center for Ocean Research Kiel, el Max-Planck-Institute for Evolutionary Biology Plön,