O echipă de oameni de știință a descoperit un sistem ascuns intestin-creier care ajută animalele să detecteze când au un nivel scăzut de proteine și le determină să caute nutrienți esențiali.
O echipă condusă de directorul SUH Seong-Bae de la Centrul pentru Microbiom-Corp-Fiziologia Creierului de la Institutul pentru Științe de Bază (IBS), lucrând cu oameni de știință de la Universitatea Națională din Seul și Universitatea pentru Femei Ewha, a identificat o rețea de semnalizare intestin-creier necunoscută anterior, care schimbă rapid comportamentul alimentar atunci când nivelul de proteine scade.
Descoperirile au fost publicate în revista Science pe 21 mai.
Proteinele sunt esențiale, deoarece conțin aminoacizi pe care animalele nu și-i pot produce singure. Oamenii de știință știu de mult timp că animalele tind să poftească alimente bogate în proteine atunci când sunt private de proteine, dar modul exact în care corpul simte această deficiență a rămas neclar.
Cercetătorii au descoperit că intestinul răspunde la deficiențele de proteine folosind două căi de comunicare separate, dar coordonate. O cale funcționează rapid prin sistemul nervos, alertând rapid creierul că lipsesc aminoacizii esențiali. A doua cale acționează mai lent prin intermediul hormonilor care circulă în organism, ajutând la susținerea comportamentului de căutare a proteinelor pe o perioadă mai lungă de timp.
Pentru a descoperi mecanismul, echipa a studiat muștele de fructe, care sunt utilizate în mod obișnuit pentru a investiga circuitele neuronale implicate în comportamentul alimentar. Folosind imagistica cerebrală, testarea comportamentală și experimente genetice, oamenii de știință au cartografiat circuitele specifice implicate. Când muștelor le lipsea proteinele din dietă, celule specializate din intestin au eliberat un hormon peptid numit CNMa. Acest hormon a activat neuronii enterici conectați la intestin, care apoi au transmis rapid semnale către creier printr-o cale neuronală directă intestin-creier. În același timp, CNMa a circulat și prin fluxul sanguin ca hormon, ajungând mai treptat la creier și întărind impulsul de a căuta aminoacizi esențiali.
"Studiul nostru arată că intestinul nu este pur și simplu un organ digestiv, ci un sistem senzorial activ care monitorizează continuu starea nutrițională și ghidează direct deciziile comportamentale", a spus directorul SUH Seong-Bae.
Noul sistem identificat nu a făcut pur și simplu ca animalele să mănânce mai mult în general. În schimb, a schimbat în mod specific ceea ce doreau să mănânce. Cercetătorii au descoperit că deficiența de proteine a crescut atracția față de nutrienții legați de proteine, reducând simultan interesul pentru zahăr. Semnalizarea CNMa a suprimat activitatea în celulele cerebrale sensibile la zahăr numite neuroni DH44. Ca urmare, preferințele alimentare s-au schimbat de la carbohidrați la nutrienți bogați în proteine.
Studiul a arătat, de asemenea, că bacteriile intestinale joacă un rol important în acest proces. Muștele de fructe cărora le lipseau microbii intestinali normali au prezentat o activare mult mai puternică a neuronilor cerebrali care caută aminoacizi, sugerând că microbiomul ajută la reglarea disponibilității nutrienților și a comportamentului alimentar.
Cercetătorii au găsit dovezi că același mecanism de bază există și la mamifere. Experimentele pe șoareci au arătat că animalele private de proteine au dezvoltat o preferință puternică pentru aminoacizii esențiali, similar cu comportamentul observat la muștele de fructe. O descoperire surprinzătoare a implicat FGF21, un hormon despre care se credea anterior că este esențial pentru apetitul de proteine la mamifere. Chiar și șoarecii cărora le lipsea FGF21 au prezentat totuși un comportament puternic de căutare a aminoacizilor. Cercetătorii spun că acest lucru sugerează că animalele posedă sisteme suplimentare de detectare a nutrienților pe care oamenii de știință nu le-au identificat încă.
În general, descoperirile arată că animalele nu devin pur și simplu mai flămânde atunci când lipsesc nutrienții. În schimb, creierul pare să prioritizeze selectiv alimentele care conțin nutrienții de care corpul are nevoie în mod specific.
Oamenii de știință cred că descoperirea ar putea ajuta la îmbunătățirea înțelegerii obezității, a bolilor metabolice și a tulburărilor alimentare.
"Majoritatea medicamentelor actuale pentru obezitate și controlul apetitului se bazează pe semnalizarea hormonilor intestinali, totuși știm încă relativ puține despre modul în care semnalele intestinale produse în mod natural influențează creierul și comportamentul", a spus directorul SUH Seong-Bae. "Acest studiu dezvăluie principiile fundamentale ale selecției nutrienților de către axa intestin-creier și oferă o bază pentru strategii terapeutice viitoare care vizează tulburările metabolice și alimentare."