Группа ученых из Университета Цзяннань, Лондонского университета королевы Марии и Университета Оулу подтвердила причинную связь между повышенным уровнем симбиотических кишечных бактерий Lactobacillus apis и улучшением долговременной памяти у земляных шмелей (Bombus terrestris). У шмелей с большим количеством бактерий этого вида в кишечнике память лучше, чем у насекомых с меньшим количеством таких бактерий.
«Когнитивные способности шмелей различаются у разных особей, и они обладают относительно небольшим сообществом кишечных микроорганизмов по сравнению с млекопитающими, что делает их идеальными моделями для изучения роли конкретных кишечных симбиотических бактерий в индивидуальных когнитивных вариациях в естественных популяциях, — рассказывают профессор Университета Цзяннань Вэй Чжао и его коллеги. — Подобно микробиоте кишечника человека, кишечные бактерии шмелей специфичны для хозяина. Эти бактерии могут передаваться от одной особи к другой через кормление на цветах и определенные социальные взаимодействия в гнезде. Задняя кишка шмелей наиболее богата бактериями, и в ней преобладают пять основных видов бактерий. Каждый вид в этой основной группе считается симбиотическим и обладает различными метаболическими функциями, связанными с мутуалистическими взаимодействиями с хозяином, а также с образованием биопленок и расщеплением углеводов. Мы решили проверить, могут ли индивидуальные когнитивные вариации у шмелей быть результатом взаимодействия микробиоты, кишечника и мозга, и в частности спросить, какие конкретные кишечные микробы и как могут влиять на эти когнитивные различия у нормальных, здоровых шмелей».
Чтобы проверить память и способности к обучению шмелей, исследователи создали искусственные цветы разного цвета: пять цветов были связаны со сладким раствором сахарозы, а другие пять — с горьким на вкус раствором, содержащим хинин. Затем ученые наблюдали, как быстро шмели смогли узнать, какие цвета были связаны со сладкой приманкой, и смогли ли они сохранить эту информацию в последующем тесте через три дня. Исследователи секвенировали образцы кишечника пчел, чтобы сравнить индивидуальные различия в способностях шмелей к обучению и памяти с уровнями различных бактерий, обнаруженных в их кишечнике.
Чтобы подтвердить, что количество Lactobacillus apis в кишечнике напрямую отвечает за наблюдаемые различия в памяти, авторы добавили этих бактерий в рацион шмелей и убедились, что результаты тестов долговременной памяти у этих шмелей улучшились. Ученые предполагают, что повышение численности Lactobacillus apis активизирует метаболизм сахара, что приводит к выработке большего количества глицерофосфолипидов. Эти глицерофосфолипиды из заднего отдела кишечника попадают в гемолимфу и транспортируются в мозг шмеля с присоединенными метаболитами, что приводит к улучшению структуры и функции нервных и синаптических мембран, тем самым способствуя улучшению памяти.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.
