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Forscher der Universitäten Bonn und Cambridge haben einen wichtigen Regelkreis für den Essvorgang identifiziert. Demnach verfügen Fliegenlarven in ihrer Speiseröhre über spezielle Sensoren. Diese schlagen an, sobald die Tiere etwas verschluckt haben. Wenn es sich dabei um Nahrung handelte, führt das im Gehirn zur Ausschüttung von Serotonin. Der oft auch als „Glückshormon“ bezeichnete Botenstoff sorgt dann dafür, dass die Larve den Essvorgang fortsetzt. Die Wissenschaftler vermuten, dass ein ganz ähnlicher Schaltkreis auch beim Menschen existiert. Die Ergebnisse sind nun in der Zeitschrift Current Biology erschienen.
Mal angenommen, Sie sitzen hungrig im Restaurant. Vor Ihnen steht eine Pizza, deren Geruch Ihnen verlockend in die Nase steigt. Sie nehmen einen Bissen, kauen und schlucken ihn hinunter. Genau in diesem Moment setzt das Hochgefühl ein: War das lecker! Schnell schneiden Sie sich das nächste Stück ab und schieben es sich ebenfalls in den Mund.
Der Geruch der Pizza und ihr Geschmack auf Ihrer Zunge motiviert Sie, ihr Mahl zu beginnen. Das gute Gefühl nach dem Herunterschlucken ist dagegen maßgeblich dafür verantwortlich, dass Sie weiter essen. „Doch wie entsteht es genau? Welche neuronalen Schaltkreise sind dafür verantwortlich? Auf diese Fragen liefert unsere Studie eine Antwort“, sagt Prof. Dr. Michael Pankratz vom LIMES-Institut (das Akronym steht für „Life & Medical Sciences“) der Universität Bonn.
Ihre Einblicke gewannen die Forscher nicht am Menschen, sondern anhand von Larven der Taufliege Drosophila. Diese verfügen über etwa 10.000 bis 15.000 Nervenzellen - im Vergleich zu den 100 Milliarden im menschlichen Gehirn eine überschaubare Zahl. Dennoch bilden schon diese 15.000 ein extrem komplexes Netzwerk: Jedes Neuron verfügt über sich verästelnde Ausläufer, über die es mit Dutzenden oder gar Hunderten anderen Nervenzellen in Kontakt tritt.
Erstmals sämtliche Nervenverbindungen in Fliegenlarven untersucht
„Wir wollten im Detail verstehen, wie das Verdauungssystem bei der Nahrungsaufnahme mit dem Gehirn kommuniziert“, sagt Pankratz. „Dazu müssen wir wissen, über welche Neuronen dieser Informationsfluss läuft und wie sie verschaltet sind.“ Die Forscher haben daher den Verlauf sämtlicher Nervenfasern in den Larven analysiert, ebenso wie alle Verbindungen, die die Neuronen untereinander eingehen. Dazu zerschnitten sie eine Larve in Tausende hauchdünne Scheibchen, die sie dann unter dem Elektronenmikroskop fotografierten.
„Diese Aufnahmen haben wir an Hochleistungs-Computern zu dreidimensionalen Bildern zusammengesetzt“, erläutert der Forscher, der auch Mitglied im Transdisziplinären Forschungsbereich „Life and Health“ und im Exzellenzcluster „Immunosensation” ist. Was danach folgte, war eine wahre Sisyphus-Arbeit: Die Projektmitarbeiter Dr. Andreas Schoofs und Dr. Anton Miroschnikow untersuchten die „Verdrahtung“ sämtlicher Nervenzellen untereinander - Neuron für Neuron und Synapse für Synapse.
Dehnungssensor ist mit Serotonin-Neuronen verkabelt
Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler eine Art Dehnungssensor in der Speiseröhre identifizieren. Dieser ist mit einer Gruppe von sechs Neuronen im Larvengehirn verkabelt, die dazu in der Lage sind, Serotonin herzustellen. Der Neuromodulator wird manchmal auch als Glückshormon bezeichnet. Er sorgt beispielsweise dafür, dass wir bestimmte Handlungen als belohnend empfinden, und bringt uns so dazu, sie fortzusetzen.
Die Serotonin-Neuronen empfangen zusätzlich Informationen darüber, was die Tiere gerade verschluckt haben. „Sie erkennen also, ob es sich um Nahrung handelt oder nicht, und bewerten ihre Qualität“, erläutert der Erstautor der Studie Dr. Andreas Schoofs. „Nur wenn das Urteil positiv ausfällt, schütten sie Serotonin aus und sorgen so dafür, dass die Larven mit der Nahrungsaufnahme fortfahren.“
Dieser Mechanismus ist von so grundlegender Bedeutung, dass es ihn wahrscheinlich auch beim Menschen gibt. Ist er gestört, kann das möglicherweise Essstörungen wie Magersucht oder Heißhunger-Attacken („Binge-Eating“) zur Folge haben. Eventuell können aus den Ergebnissen der Grundlagen-Studie daher auch Konsequenzen für die Behandlung dieser Erkrankungen erwachsen. „Noch wissen wir aber nicht genug darüber, wie dieser Schaltkreis im Menschen genau aussieht“, dämpft Pankratz hochgesteckte Erwartungen. „An diesem Punkt ist sicher noch jahrelange Forschungsarbeit nötig.“
Beteiligte Institutionen und Förderung:
An der Studie waren die Universitäten Bonn und Cambridge (Großbritannien), der HHMI Janelia Research Campus (Ashburn, USA) sowie das Allen-Institute for Brain Sciences (Seattle, USA) beteiligt. Das Projekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Prof. Dr. Michael J. Pankratz
Molecular Brain Physiology and Behavior
Life and Medical Sciences (LIMES) Institut
Universität Bonn
Tel. 0049-228-73-62740
E-Mail: pankratz@uni-bonn.de
Andreas Schoofs, Anton Miroschnikow, Philipp Schlegel, Ingo Zinke, Casey M. Schneider-Mizell, Albert Cardona und Michael J. Pankratz: Serotonergic modulation of swallowing in a complete fly vagus nerve connectome; https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.08.025
Larven der Taufliege verfügen in der Speiseröhre (graue Struktur in der Mitte) über eine Art Dehnung ...
Abbildung: Dr. Anton Miroschnikow/Uni Bonn
Criteria of this press release:
Journalists, all interested persons
Biology, Medicine
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
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