Mechanismen des Lernens und Erinnern von negativen Konsequenzen der Nahrungsaufnahme

Die Erinnerung an die horrenden Konsequenzen des Konsums verdorbener Nahrung, ist häufig stark und langanhaltend, denn sie sorgt dafür, dass dieses Essen in der Zukunft vermieden wird. Pathogene, die durch die Nahrung in den Verdauungsapparat gelangen, können Übelkeit, innere Infektionen und sogar den Tod bewirken. Symptome treten typischerweise erst Minuten, wenn nicht Stunden nach dem Verzehr der Nahrung auf. Tiere und Menschen müssen daher in der Lage sein, diese späten Effekte mit einer sensorischen Erfahrung wie Geschmack oder Geruch eines Essens zu assoziieren. Auch die Fliege Drosophila melanogaster kann solche anspruchsvollen Erinnerungen formen. Wie diese wichtige Art von Lernen und Erinnern im Lernzentrum der Tiere, dem Pilzkörper, gebildet und abgespeichert wird, ist allerdings nicht verstanden. Im Gegensatz dazu ist die eigentliche Immunantwort im Verdauungstrakt der Fliege sehr gut untersucht. Unter den wichtigen Akteuren befinden sich die Cytokine, die in der Lage sind vom Darm bis ins Gehirn zu gelangen. Eine Rolle dieser Moleküle in der Formierung dieser Erinnerung scheint höchst plausibel. Wir planen daher mithilfe der Fliege die molekularen, neuronalen und neuralen Mechanismen der Kommunikation zwischen inneren Organen, physiologischen Zustand und Gedächtnis zu untersuchen, und so die Grundlagen dieser wichtigen Erinnerung zu verstehen.Im Detail werden wir drei wichtige Fragen adressieren: (i) Welche Rolle spielt der relative Zeitverlauf zwischen Pathogeneintritt und Lernen?, (ii) Wie kann das Netzwerk des Pilzkörpers diese Erinnerung formieren und speichern? Und (iii) kann diese Erinnerung vom Larvenstadium zur adulten Fliege übertragen werden, wie kürzlich für C. elegans gezeigt? Basierend auf unseren präliminären Ergebnissen werden wir einen integrativen Ansatz aus Immun- und Mikrobiologie, Verhaltensassays, Optogenetik, hochspezifische Split-Gal4 Genetik und funktioneller Lebendmikroskopie nutzen, um diese Fragen zu beantworten. Da es für Tiere und Menschen gleichermaßen wichtig ist, sich von verdorbener Nahrung fernzuhalten, hoffen wir, dass unsere Ergebnisse Erkenntnisse von allgemeiner Gültigkeit liefern. Außerdem werden diese Arbeiten die Rolle des Pilzkörpers als ein Koinzidenzdetektor von innerem Zustand und Erfahrung signifikant erweitern und erörtern, wie zeitlich stark versetzte Erfahrungen zu einer Erinnerung verbunden werden.