Des chercheurs de l'Université de Bonn et de l'hôpital universitaire de Bonn découvrent un mécanisme vital pour la survie
Si les humains ou les animaux mangent quelque chose qui les rend mal à l’aise, ils évitent ensuite cette source de nourriture. Jusqu’à présent, on ne savait pas exactement comment se déroulait cet apprentissage d’évitement. Une nouvelle étude montre que la communication entre les cellules cérébrales et les cellules graisseuses pourrait jouer ici un rôle crucial.
Les participants des universités de Bonn et du Tohoku (Japon) et de l'hôpital universitaire de Bonn ont révélé le mécanisme jusqu'alors inconnu chez la drosophile, la mouche des fruits. Il peut également exister sous une forme similaire chez les mammifères et même chez l'homme. Les résultats ont été publiés dans la revue Neuron.
Quiconque a déjà eu des maux d'estomac après avoir mangé une mauvaise boulette de viande sait à quel point cette expérience peut vous décourager. Dans la recherche, cela est également connu sous le nom d'« aversion gustative conditionnée » : le cerveau enregistre la réponse immunitaire aux bactéries et à leurs toxines et en conclut que cette source de nourriture doit être évitée à l'avenir.
On ne sait pas encore comment la découverte des agents pathogènes par le système immunitaire entraîne un changement de comportement. « Comme cet évitement alimentaire appris peut être constaté chez toutes les espèces, nous avons étudié cette question dans un organisme modèle – la mouche des fruits, la drosophile », explique le professeur Dr. Ilona Grunwald Kadow.
Dans ce modèle, nous pouvons clarifier comment le cerveau et le corps interagissent les uns avec les autres pour déclencher une réaction d’évitement vitale à la survie. »
Dr Ilona Grunwald Kadow, Université de Bonn
Les mouches préféraient initialement les aliments contaminés par des bactéries
Grunwald Kadow dirige l'Institut de physiologie II de l'Université de Bonn et de l'hôpital universitaire de Bonn. Dans la présente étude, son groupe de travail collabore avec des chercheurs de l'Université japonaise de Tohoku. Les participants ont demandé à leurs animaux de test de choisir entre deux sources de nourriture. L’un d’eux était contaminé par la bactérie pathogène Pseudomonas entomophila. L’autre contenait une souche inoffensive de Pseudomonas. Les deux sources de nourriture étaient par ailleurs complètement identiques.
Les mouches qui n’ont pas encore eu de mauvaises expériences avec l’agent pathogène préfèrent les aliments nocifs car elles trouvent leur odeur attrayante. « Comme cela met la vie des animaux en danger, nous nous sommes demandé comment se comportaient les animaux ayant consommé ces bactéries avec leur nourriture », explique le scientifique. Les agents pathogènes ne sont pas restés longtemps inaperçus parmi les mouches : le système immunitaire inné des animaux dispose de capteurs qui déclenchent l'alarme dans de tels cas. « Dans notre expérience, des récepteurs ont été activés qui répondent aux composants de la paroi cellulaire bactérienne », explique Yujie Wang, collègue de Grunwald Kadow. Elle a mené une grande partie des expériences dans le cadre de sa thèse de doctorat.
Les capteurs de bactéries conduisent à un changement de comportement
Ces capteurs réagissent principalement à la souche nocive de Pseudomonas, mais ne réagissent pratiquement pas à la souche inoffensive. Beaucoup d'entre eux se trouvent à la surface de neurones spéciaux situés près de la gorge de la mouche. Via leurs branches, ces neurones sont reliés non seulement au cerveau de la mouche mais également à une réserve de graisse située dans la tête de la mouche. Si les récepteurs déclenchent l'alarme en présence de micro-organismes nuisibles, cela entraîne la libération dans les neurones du neurotransmetteur octopamine, étroitement lié à l'adrénaline. Celui-ci traverse les branches neuronales jusqu’au stockage de graisse.
« L'octopamine déclenche alors la formation d'un autre neurotransmetteur, la dopamine, dans les cellules graisseuses », explique Grunwald Kadow. « La dopamine, à son tour, est transportée dans le cerveau de la mouche, où elle provoque une activation continue et accrue des réseaux neuronaux importants pour l'apprentissage et déclenche une réponse d'évitement. » Les animaux ont alors tendance à être dissuadés par l’odeur des bactéries pathogènes. « Nous avons pu montrer que les mouches choisissaient la source de nourriture contenant des germes inoffensifs suite à leur expérience avec la nourriture avariée », explique le scientifique.
Les mouches affamées sont-elles moins exigeantes ?
Le tissu adipeux est impliqué de manière significative dans ce changement de comportement appris. Mais pourquoi est-ce ainsi ? « Nous n'avons toujours pas de réponse définitive », déclare Grunwald Kadow, qui est également membre du domaine de recherche transdisciplinaire (TRA) « Vie et santé » de l'Université de Bonn. « Cependant, la décision des mouches peut être liée à leur état nutritionnel. »
Lorsque les animaux meurent de faim, ils ont moins de cellules adipeuses. Ceux-ci produiraient alors moins de dopamine lorsqu’ils découvriraient que des bactéries pathogènes ont été consommées avec la nourriture. Peut-être que les animaux affamés sont ainsi plus enclins à recourir à des sources de nourriture contaminées. « C'est une hypothèse que nous étudions actuellement dans le cadre d'autres expériences », explique le scientifique.
Les résultats pourraient également s’appliquer aux humains, car le tissu adipeux de notre espèce produit également des neurotransmetteurs qui peuvent agir sur notre cerveau et influencer notre appétit. Les chercheurs supposent actuellement que l’interaction entre le cerveau, les organes et la graisse ne fonctionne pas correctement dans les troubles de l’alimentation tels que l’anorexie ou l’obésité. La mouche des fruits, la drosophile, permet d'étudier de telles hypothèses dans un organisme modèle simple et de comprendre les mécanismes sous-jacents. Cette compréhension pourrait contribuer à influencer l’interaction complexe entre le métabolisme, le système immunitaire et le cerveau dans le contexte d’une maladie.
