"Wurmspucken" bietet Einblicke in die Herzforschung

Auf den ersten Blick sieht es vielleicht nicht so aus, als hätten wir viel mit dem Nematoden gemeinsam Caenorhabditis elegans, ein Bakterien-Chomping Spulwurm, der typischerweise im Boden gefunden wird. Aber schauen Sie genauer hin, und es wird klar, warum dieses kleine Wesen von Biologen so geliebt wird, wenn es um die Beschaffenheit von Zellen geht.
Diese 3D-Rekonstruktion des Pharynx des C. elegans Nematoden zeigt die Position des M1-Neurons - in der Mitte -, die das Spuckverhalten des Wurms steuert.
Bildnachweis: Nikhil Bhatla et al., MIT

Zum Beispiel, C. elegans ist vielzellig und entwickelt sich aus einem befruchteten Ei, genau wie wir, und seine Zellen haben Eigenschaften, die sie mit einigen unserer Zellen gemeinsam haben. Und jetzt, eine neue Studie zeigt, dass es schmeckt und giftige Nahrung ausspuckt - ein Überlebensmechanismus, den es mit vielen komplexen Organismen teilt.

Die Wissenschaftler der neuen Studie entdeckten, dass die Art und Weise, wie der Wurm seinen Rachen - den vorderen Teil seiner Ernährungssonde - benutzt, um unangenehme, giftige Nahrung auszuspucken, wichtige Auswirkungen auf die Forschung am menschlichen Herzen haben könnte.

Bei dem einfachen Wurm ist der Pharynx im Wesentlichen eine myogene Muskelpumpe, die Bakterien rhythmisch in ihren Darm saugt. Der Muskel des einfachen Organs besteht aus myogenen Zellen, die sich ohne Stimulation des Nervensystems zusammenziehen - wie der myogene Muskel im menschlichen Herzen und anderen Organen.

In der Zeitschrift Aktuelle BiologieForscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge, MA, berichten, wie sie drei Schaltkreise identifiziert haben, die das Fütterungsorgan des Wurms kontrollieren.

Worms Spuckverhalten erinnert an Herzklappenerkrankungen

Zwei der Kreisläufe, die das Team identifiziert hat, befinden sich im Fütterungsorgan des Wurms - eine stoppt die Fütterungspumpe, während die andere das Spucken auslöst. Die dritte Schaltung leitet Signale von außerhalb des Organs weiter, nicht unähnlich dem autonomen Nervensystem, das hilft, innere Organe in komplexeren Organismen zu kontrollieren.

Das Team sagt, wie Nervenzellen den Pharynx kontrollieren C. elegans könnte uns helfen, menschliche myogene Muskeln besser zu verstehen - etwa solche im Herzen und im Magen.

Zum Beispiel hat das menschliche Herz Zellen, die sich ohne äußeren Reiz zusammenziehen, um Substanzen durch Röhren zu pumpen. Es stützt sich auch auf externe Signale aus dem Gehirn, um die Herzfrequenz und andere Funktionen zu regulieren.

Der erste Autor Dr. Nikhil Bhatla, ein Biologe am MIT, sagt, dass die Ergebnisse auch andere interessante Punkte aufwerfen. Das spuckende Verhalten des Wurms lässt sie an Herzklappenerkrankungen denken, bei denen manchmal Blut in die falsche Richtung gepumpt wird. Er sagt, das wirft die Frage auf:

"Gibt es Neuronen im Herzen, die den Sauerstoffgehalt oder bestimmte Hormone oder andere Moleküle erkennen und kontrollieren, wenn sich die Ventile öffnen und schließen?"

In früheren Arbeiten hatte das Team entdeckt, dass in zwei Nervenzellen des Wurms zwei Geschmacksrezeptoren - GUR-3 und LITE-1 - die Reaktion des Wurms auf Toxine wie Wasserstoffperoxid und andere schädliche reaktive Sauerstoffverbindungen kontrollieren, die violettes und ultraviolettes Licht können produzieren.

Sie bemerkten, dass, wenn der Wurm diese Verbindungen "schmeckt", er aufhört zu füttern und sich vom Licht wegbewegt.

Studie zeigt, dass der Wurm spuckt, nicht regurgiert

In der neuen Studie beobachtete das Team, was passierte, als sie das Licht länger leuchteten. Sie bemerkten, dass dies eine "Burst-Reaktion" auslöste, bei der der Wurm anfänglich mit der Fütterung aufhört und dann in kurzen Ausbrüchen von Stop-Start-Aktivität erneut startet.

Als sie sich die Fütterungsimpulse des Wurms genauer ansahen, bemerkte das Team, dass Blasen um den Mund des Wurms herum wie Spucke erschienen.

Eine nähere Untersuchung mit einer Kamera mit 1000 Bildern pro Sekunde, die am Mikroskop befestigt war, ergab, dass die Spuckblasen Bakterien enthielten. Es gibt Hinweise darauf, dass andere Nematoden "spucken", aber aus verschiedenen Gründen. Zum Beispiel regurgitate einige parasitische Würmer - sie spucken Substanzen in Pflanzen, um sie in Flüssigkeiten für die Verdauung zu verwandeln.

"Aber niemand kannte das Einfache C. elegans Wurm könnte spucken ", kommentiert Dr. Bhatla." Es war völlig unerwartet. "

Sie wussten bereits, dass der Wurm Flüssigkeiten durch seinen Mund ausstoßen kann - er filtert und verdrängt nicht benötigte Flüssigkeiten, während er die Bakterien, die er ernährt, zurückhält. Aber das Team sagt, es sieht so aus, als ob der Wurm seinen Filter nicht schließt, wenn er giftige Chemikalien schmeckt - er vertreibt einfach alles.

Einer der vielen Gründe, die Biologen verwenden C. elegans Das Zell- und Gewebeverhalten zu untersuchen, liegt daran, dass der Wurm - im Gegensatz zu Menschen mit Milliarden von Neuronen - nur 302 Nervenzellen hat. Dies ermöglichte die Zuordnung aller Verbindungen - was die Wissenschaftler als "connectome" des Wurms bezeichnen.

Erkenntnisse könnten zu neuen Heilmitteln für Herzklappenerkrankungen führen

Für die Studie identifizierte das Team die Neuronen, die die Nahrungsaufnahme des Wurms kontrollieren, indem es allmählich die 20 Neuronen im Pharynx tötet. Sie fanden heraus, wenn sie ein Neuron namens M1 töteten, hörte der Wurm auf zu spucken. Das Neuron exprimiert den LITE-1-Geschmacksrezeptor.

Die Forscher glauben, dass die Entdeckung könnte uns helfen, Herzerkrankungen besser zu verstehen. Zum Beispiel kann es eine neue Ursache für Aorteninsuffizienz enthüllen, bei der - aufgrund eines unvollständigen Schließens der Herzklappen - sauerstoffreiches Blut zurück in das Herz fließt anstatt in den Rest des Körpers.

Dr. Bhatla sagt, dass, wenn sie das menschliche Herz auch M1-ähnliche Neuronen finden, sie vielleicht schädliche Substanzen im Blut wahrnehmen und den Herzklappen sagen, offen zu bleiben - möglicherweise um die Ausbreitung der Substanzen zu stoppen.

Die Forscher bemerken in ihrer Arbeit:

"Wenn diese Analogie bestätigt wird, könnten neuartige Therapeutika eine Alternative zur Operation zur Behandlung von Herzklappenerkrankungen bieten, indem sie die Funktion solcher Neuronen hemmen."

Die National Institutes of Health finanzierten die Studie.

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