现代生命科学中一个日益重要的工作领域是研究动物、植物和人类与其特定微生物种群的共生共存。近年来，研究人员收集到的越来越多的证据表明，微生物组的组成和平衡对整个生物体的功能和健康起着决定性作用。

细菌被发现有助于调节动物行为

他们已经确定了宿主神经细胞与其微生物组之间通讯的功能关系的一个根本重要方面，这种关系在进化的早期就首次建立。这种合作的意义以及这些相互作用如何影响行为仍然很大程度上未知。

在最近的一项研究中，基尔大学合作研究中心(CRC)1182“元生物体的起源和功能”的研究小组对神经系统和微生物组之间的合作有了新的见解。基尔研究人员以淡水水螅水螅为例，研究了它们摄食行为的神经元基础，以及微生物组是否以及以何种方式干预这种行为。

在此过程中，他们首次从机制上证明，多样性降低的微生物组会影响某些神经细胞的功能，从而改变进食行为。他们今天在《当代生物学》杂志上发表了他们的研究结果。

神经细胞的复杂合作控制着水螅的摄食行为

淡水水螅水螅是一种大小约一厘米的刺胞动物，生活在附着有水生植物的湖泊浅水中，以微小的甲壳类动物等为食。为了捕捉猎物，九头蛇执行协调且相对快速的行为程序。

CRC1182成员兼博士ChristophGiez解释道：“这种行为可以通过实验得到很好的研究，因为它不仅可以由活的猎物触发，还可以由肽谷胱甘肽触发，而肽谷胱甘肽可以喂给培养皿中的动物。”D.动物研究所细胞与发育生物学小组的学生。

“进食行为的基础是神经元控制，它比之前从水螅的简单神经网络中假设的要复杂得多，”吉兹继续说道。使用基于钙的可视化方法，研究小组能够实时观察活体动物中参与摄食行为的神经群，从而识别所涉及的神经元回路。

微生物组的组成影响自然进食行为

为了测试微生物组和进食行为之间的联系，科学家们首先检查了人工无菌动物：没有微生物组的水螅表现出明显改变的行为模式，这主要表现在张嘴持续时间较短。“通过再次添加微生物组，这些动物恢复了正常的进食行为。这使我们能够证明微生物组的直接影响，”吉兹说。

为了找出哪些细菌具有特别显着的影响，基尔研究人员首先在下一步中用一种特定的细菌物种定殖无菌动物。“当用Curvibacter细菌定殖时，发现了一个特别有趣的效应。仅用Curvibacter定植的动物的摄食行为受到非常严重的损害：这些动物只能在非常有限的范围内张开嘴巴，”Giez继续说道。

在进一步的研究中，发现曲线杆菌能够产生氨基酸谷氨酸，谷氨酸在人体新陈代谢中也发挥着重要作用。当微生物组的组成大大减少并且仅存在弯曲杆菌时，谷氨酸就会积聚并与神经元结合，并导致张口阻塞。一旦微生物组的其余成员也被重新引入组织，曲线杆菌的抑制作用就会逆转。

“总的来说，我们能够证明，即使在系统发育上古老的动物中，多样化的微生物组对于正常的进食行为也是必要的。如果这种微生物组的组成受到严重干扰，行为就会发生重大变化，”该研究负责人托马斯·博什教授说。细胞与发育生物学组。

研究人员收集的证据表明，这是由于微生物组不同成员之间的相互作用造成的。如果存在物种丰富的“正常”微生物组，则产生的谷氨酸会被其他细菌物种吸收和利用，并且负责进食行为的神经元回路不会受到干扰。

Hydra开辟了新的研究视角

CRC1182团队的新研究成果提供了微生物组与神经系统之间协作的机制证据，为深入研究提供了重要的新方法。

“我们的研究为进一步研究微生物组和神经系统之间的相互作用对整个生物体功能的影响打开了大门。除此之外，我们希望在未来找出微生物是否以及如何参与其中胚胎发育过程中神经系统的形成以及微生物组在神经递质的产生中发挥的作用，”博世说。

从长远来看，阐明这些单独的组成部分将产生各种令人着迷的研究观点，这些观点也旨在改善人类健康。

“也许通过更好地了解模型动物水螅中神经细胞和细菌之间的相互作用，我们也将能够研究导致人类神经系统和神经退行性疾病的机制。尽管这些疾病的发病率非常高在世界范围内，其发病机制尚不清楚，”CRC1182发言人Bosch说。