Investigadores estudian si las células nerviosas evolucionaron para hablar con los microbios
Una población de neuronas en la red nerviosa difusa de Hydra expresa neuropéptidos (en verde) que se visualizan usando anticuerpos específicos. Los núcleos celulares están coloreados en magenta. Crédito: Dr. Alexander Klimovich
Diversas enfermedades del tracto digestivo, por ejemplo, la inflamación intestinal severa en humanos, están estrechamente relacionadas con alteraciones en la movilidad natural del intestino. ¿Qué papel tiene el microbiomei.e. la comunidad microbiana natural que coloniza el tracto digestivo juega en estas contracciones rítmicas del intestino, también conocidas como peristaltismo, es actualmente objeto de una intensa investigación. No está particularmente claro cómo se controlan las contracciones y cómo las células del sistema nervioso, que actúan como marcapasos, funcionan 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, usando el pólipo de agua dulce Hydra como ejemplo, que las neuronas filogenéticamente antiguas y las bacterias en realidad se comunican directamente entre sí. Sorprendentemente, descubrieron que las células nerviosas pueden interactuar con los microorganismos a través de los receptores inmunitarios, es decir, hasta cierto punto, con los mecanismos del sistema inmunitario.
Sobre esta base, los científicos del Centro de Investigación Colaborativa (CRC) 1182 «Origen y función de los metaorganismos» 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. , pero también es responsable de la comunicación con los microbios. Los investigadores de Kiel en torno al profesor Thomas Bosch publicaron hoy sus resultados junto con colegas internacionales en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (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 tiene una función similar al llamado sistema nervioso entérico de los vertebrados que controla la motilidad del tracto digestivo. Los investigadores del CRC1182 hicieron dos observaciones importantes. Primero, lograron por primera vez identificar aquellas células del sistema nervioso de Hydra que son responsables de las contracciones rítmicas de la cavidad gástrica.
El pólipo de agua dulce Hydra tiene uno de los sistemas nerviosos antiguos más simples y evolutivos. Comprende neuronas marcapasos que impulsan las contracciones espontáneas rítmicas del cuerpo de los pólipos. Crédito: Alexander Klimovich
La clave de este descubrimiento fue la estrecha colaboración con un grupo de investigación de 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 padecían 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 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 Hydra, esto condujo inmediatamente a una reducción drástica de las contracciones rítmicas del cuerpo. Los científicos de la Universidad de Kiel pudieron probar que estas eran de hecho las células marcapasos que controlan el peristaltismo. Dado que los genes se descubrieron 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 funciones corporales complejas.
Además, el estudio realizado por el El 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 en la densidad y composición de las bacterias simbióticas utilizando las herramientas del sistema inmunitario innato. Ya se sabía que la ausencia o alteración del microbioma ejerce una influencia significativa en la frecuencia y regularidad de las contracciones. El nuevo estudio ahora deja 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 de Biología Celular y del Desarrollo y miembro del CRC 1182. “Para ello, las neuronas utilizan receptores que se encuentran en otros animales en células del sistema inmunitario, «, continúa el primer autor del estudio. Las células de marcapasos activadas luego liberan ciertas moléculas, como 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 del marcapasos neuronas en ratones y nematodos con la situación encontrada en 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, asumimos que la comunicación entre las neuronas y los microbios a través de los receptores inmunitarios es un principio fundamental evolutivamente muy conservado», enfatiza Klimovich. «Es posible que esta conexión entre el sistema nervioso y el microbioma se desarrollara por primera vez en las hidras hace unos 650 millones de años», dice Klimovich.
Se visualiza una sola neurona marcapasos en Hydra usando anticuerpos contra el canal de iones específico del marcapasos de Hydra ( en verde). Los núcleos celulares se muestran en azul, las fibras musculares de las células epiteliales están coloreadas en magenta. Crédito: A.-S. Matt, Dr. Alexander Klimovich
Una nueva hipótesis
Los hallazgos del equipo de investigación de Kiel proporcionan una fuerte evidencia de que el surgimiento del sistema nervioso estuvo estrechamente relacionado con los microorganismos simbióticos desde el principio. «Es posible que tengamos que repensar la evolución de los sistemas inmunológico y nervioso», enfatiza Bosch, jefe del grupo de Biología Celular y del Desarrollo de Kiel y portavoz del CRC 1182, «Las investigaciones en Hydra muestran que incluso los sistemas nerviosos evolutivamente más antiguos interactuaron con microorganismos. Es posible que las células nerviosas evolucionaran 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 enfermedades intestinales humanas causadas por problemas de movilidad intestinal. 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 los humanos. «En el futuro, por lo tanto, también debemos considerar el papel de las células nerviosas en el desarrollo y tratamiento de las enfermedades inflamatorias del intestino», prevé 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.
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Las bacterias como marcapasos del intestino Más información: Alexander Klimovich et al. Las neuronas marcapasos prototípicas interactúan con la microbiota residente, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2020). DOI: 10.1073/pnas.1920469117 Información de la revista: Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad de Kiel Cita: Los investigadores estudian si las células nerviosas evolucionaron para hablar con microbes (2020, 10 de julio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-nerve-cells-evolved-microbes.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.