Forscher*innen am Sinai Health und der Universität Toronto haben einen Mechanismus im Nervensystem des winzigen Fadenwurms C. elegans entdeckt, der bedeutende Auswirkungen auf die Behandlung von menschlichen Krankheiten und die Weiterentwicklung der Robotik haben könnte. Die Studie, unter der Leitung von Mei Zhen und Kollegen des Lunenfeld-Tanenbaum-Forschungsinstituts, wurde in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht und enthüllt die entscheidende Rolle eines spezifischen Neurons namens AVA bei der Kontrolle der Bewegungsfähigkeit des Wurms, um zwischen Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen zu wechseln.
Das Krabbeln zu Nahrungsquellen und das schnelle Ausweichen vor Gefahren ist für die Würmer eine Frage von Leben und Tod. Dieses Verhalten, bei dem zwei Aktionen sich gegenseitig ausschließen, ist bei vielen Tieren einschließlich Menschen üblich – wie zum Beispiel gleichzeitig sitzen und rennen. Zhen und ihr Team haben durch neue Daten eine komplexere Interaktion aufgedeckt, in der das Neuron AVA eine doppelte Rolle spielt. Es stoppt nicht nur sofort die Vorwärtsbewegung, indem es AVB hemmt, sondern stimuliert auch langfristig AVB, um einen reibungslosen Übergang zurück zur Vorwärtsbewegung zu gewährleisten.
Die Entdeckung hebt die Fähigkeit des AVA-Neurons hervor, die Bewegung durch unterschiedliche Mechanismen je nach verschiedenen Signalen und über verschiedene Zeitskalen hinweg fein zu steuern. Diese Erkenntnisse bieten ein vereinfachtes Modell, um zu untersuchen, wie Neuronen mehrere Rollen in der Bewegungskontrolle übernehmen können – ein Konzept, das sich vielleicht auf menschliche neurologische Erkrankungen ausweiten lässt. Von der Ursprung der modernen Wissenschaft bis zum aktuellen Stand der Forschung haben Modellorganismen wie C. elegans dazu beigetragen, die Komplexität unserer biologischen Systeme zu entschlüsseln.
Der Fund, dass das AVA-Neuron eine so dominante Rolle spielt, bietet einen wichtigen neuen Einblick in den neuralen Schaltkreis, den Wissenschaftler*innen seit der Entstehung der modernen Genetik vor über einem halben Jahrhundert untersuchen. Und da der Fadenwurm durch seinen transparenten Körper einen einzigartigen Einblick in die Grundverdrahtung des Nervensystems bietet, konnten Zhen und ihr Team wegweisende Technologie nutzen, um die Aktivität einzelner Neuronen präzise zu beeinflussen und Daten von sich bewegenden Würmern aufzuzeichnen.
Zhen betont die Bedeutung interdisziplinärer Zusammenarbeit bei dieser Forschung. Die Ergebnisse dieser Forschung könnten nicht nur unser Verständnis darüber vertiefen, wie Tiere zwischen sich gegenüberstehenden motorischen Zuständen wechseln, sondern auch Erkenntnisse für die Forschung zu neurologischen Störungen liefern. Die möglichen Anwendungen dieser Erkenntnisse sind vielfältig, angefangen bei der Medizin bis hin zur Technologie.
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