2023 Szerző: Sophia Otis | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-21 01:49
A legtöbb ember számára csak egy leheletnyi étel, amely a múltban megbetegítette őket, elég ahhoz, hogy hányingert váltson ki – és megakadályozza, hogy újra megegye ezt az ételt. Ez egy olyan reakció, amely azonnali, önkéntelen, és annyira alapvető az alapvető biológiában, hogy a fajok széles körében előfordul. A kutatók most kimutatták, hogy még a férgek is gyorsan megtanulják elkerülni az olyan ételekkel kapcsolatos szagokat, amelyek megbetegítették őket.
Az új tanulmány, amelyet a Howard Hughes Medical Institute kutatója, Cornelia I. Bargmann és Yun Zhang, a Rockefeller Egyetem Bargmann laboratóriumának posztdoktori munkatársa vezetett, egyértelmű tanulási képességet mutat a C laboratóriumi állaton.elegans, egy mikroszkopikus méretű féreg, mindössze 302 neuronnal. A munka azt sugallja, hogy az ilyen típusú tanulás mögött meghúzódó sejtes mechanizmusok az evolúció során megmaradtak, és megnyitja az utat a tanulás folyamatának alaposabb tanulmányozása előtt. A tanulmányt a Nature folyóirat 2005. november 10-i számában teszik közzé.
C. elegans egyik alapvető viselkedése a szagláson alapuló táplálék felé való mozgás. A laboratóriumban ez gyakran azt jelenti, hogy az agarral teli tányéron át kell kínlódni egy E. coli-csoport felé. De természetes környezetében, a talajban a C. elegans a baktériumok elképesztő sokféleségével találkozik. Ahogy körbejárja a világot, a féreg akár öt perc alatt több száz különféle baktériumfajjal találkozhat. De míg egyes baktériumok ideális féregeledelt képeznek, mások mérgezőek.
"A féreg lenyeli őket, majd fertőzést hoznak létre a féreg belében, és ott elszaporodnak. Ez pontosan olyan, mint az ételmérgezés" - magyarázta Bargmann. Ha a féreg elegendő mennyiségű baktériumot nyelt le, gyorsan elpusztulhat, de az enyhébb esetekben a féreg több napig élhet – és jobb táplálék után indul. Tehát a kutatók úgy vélték, hogy a féreg számára érdemes tudni, hogy bizonyos baktériumok mérgezőek-e vagy sem.
A kutatók három féregcsoport viselkedését hasonlították össze annak megállapítására, hogy a férgek a tapasztalatból tanulnak-e bizonyos típusú baktériumok elkerülésére vagy felkutatására. Az első csoport egész életében csak egy ártalmatlan E. coli törzsnek volt kitéve. A másik két csoportot a kikelés óta nevelték fel E. col i és egy második, patogén típusú baktérium jelenlétében - az egyik csoportban Pseudomonas aeruginosa, a másikban pedig Serratia marcescens. Ezek a baktériumok nemcsak a C. elegans-ra mérgezőek, hanem a kórházi fertőzések gyakori okai is az emberekben.
Amikor a csak E. coli-n tenyésztett férgeket később patogén baktériumokba juttatták (akár P.aeruginosa vagy S. marcescens), ugyanolyan valószínűséggel választották az új, mérgező táplálékforrást, mint a biztonságosabb választás mellett. Valójában, amikor az E. coli és a S. marcescens között esett a választás, akkor az utóbbi felé vándoroltak, annak ellenére, hogy ez mérgező fertőzéshez vezet. Azok a férgek, amelyek különböző mérgező baktériumoknak voltak kitéve, azonban egyértelműen előnyben részesítették az E. colit az általuk ismert kórokozókkal szemben.
A kutatók bebizonyították, hogy nem kellett egy életen át egy mérgező táplálékforrásnak lenni ahhoz, hogy a férgek megtanulják elkerülni azt. Valójában mindössze négy óra P. aeruginosa jelenlétében elég volt ahhoz, hogy a férgek inkább E. colit válasszanak.
Ezekből a kísérletekből egyértelműen kiderült, hogy a férgek módosították a szaglási preferenciáikat, hogy elkerüljék a mérgező baktériumokat – de még nem volt világos, hogy aktívan kerülik-e azokat az ételeket, amelyek káros hatásokhoz vezethetnek, vagy éppen ellenkezőleg, erősebb szaglást fejlesztenek ki. az élelmiszerek iránti vonzódást, amelyet biztonságosnak találtak. A hagyományos kísérleti elrendezésben, amelyben a férgek a laboratóriumi edények ellentétes oldalán növekvő kétféle baktérium felé vándorolnak, ezt lehetetlen volt felismerni, mondta Bargmann.
Hang Lu, a Bargmann laboratóriumának posztdoktori ösztöndíjasa mérnöki szakértelmét felhasználva bonyolultabb útvesztőt tervezett a férgek számára, amelyeken keresztül a baktériumok többféle fajtája közül választhatnak. "Most olyan dolgokat tehetnénk, mint az általuk ismert jó baktériumok és az általuk ismert rossz baktériumok összehasonlítása két teljesen ismeretlen baktériummal, amelyeket még soha nem láttak" - magyarázta Bargmann. "Ezek a kísérletek lehetővé teszik számunkra, hogy rájöjjünk, hogy valójában mindkettőt megtanulják - megtanulják, hogy a jó baktériumok biztonságosak, és megtanulják, hogy a rossz baktériumok rosszak."
A férgek elkerülése a tápláléktól, amely a múltban megbetegítette őket, hasonló az embereknél ismert legerősebb tanulási formához, mondta Bargmann. "Ha megeszel valamit, és az ételmérgezést okoz – különösen, ha olyan ízről van szó, amelyet még nem tapaszt altál, és különösen, ha hányással jár, akkor nagyon erős emléket alkotsz az ízről, és nem eszel vele ételt. íze a jövőben. A szag azonnali hányingert vált ki." Ezt az idegenkedést a szaglórendszer által az agyba küldött jelek váltják ki. Hasonló tanulási formákat figyeltek meg állatok széles körében, beleértve a gerincteleneket, például a csigákat és a halakat. Nem tudom, hogy hányingert éreznek-e – mondta Bargmann –, de azt tudjuk, hogy megtanulják elutasítani azt az ételt, amely megbetegítette őket.”
A csoport további kísérleteket végzett annak feltárására, hogyan tanulják meg a férgek a mérgező élelmiszerek elkerülését. Az eredmények, mondta Bargmann, arra utalnak, "mi a féreg hányingere". A csoport azt találta, hogy amikor fertőzés történik, az idegsejtek egy adott csoportja hatalmas mennyiségű neurotranszmitter szerotonint kezd termelni, és ez a válasz szükséges a tanuláshoz. "Úgy gondoljuk, hogy a féreg ezt a jelet használja arra, hogy azt mondja: "Beteg lettem" - mondta Bargmann.
A szerotonin szerepe azt sugallja, hogy ez a fajta tanulás a biológia különösen alapvető aspektusa lehet, mivel még molekuláris szinten is átviszik a fajok között – mondta Bargmann. Emberben a szerotonin túlnyomó többségét a bélsejtek termelik, ahol felszabadulása hányingert, például kemoterápiával kapcsolatos hányingert okozhat. A kemoterápiában részesülő betegek bélkárosodást tapasztalnak, ami szerotonin jelet küld az agyba, ami hányingert vált ki. „A kemoterápiában részesülő embereknek azt mondják, hogy „csak nyájas ételeket egyenek – ne egyenek olyan ételeket, amelyeket igazán szeretünk, mert nem fogjuk tudni újra megenni”, mert ez a tanulási tapasztalat lesz” – mondta Bargmann.
