コプロファジー予防は、小型哺乳類のマイクロバイオーム、代謝、神経化学、認知行動に影響を与えることが示唆された。

Coprophagy prevention alters microbiome, metabolism, neurochemistry, and cognitive behavior in a small mammal.

• Ting-Bei Bo
• Xue-Ying Zhang
• Kevin D Kohl
• Jing Wen
• Shuang-Jie Tian
• De-Hua Wang

抄録

多くの小型哺乳類は、低品質の食物を摂食する際の栄養要求を満たすための手段として、共食行動、すなわち糞を消費する行動に従事している。栄養上の利点に加えて、共食は草食動物が必要な腸内微生物の多様性と機能を保持するのに役立つ可能性があり、これはエネルギーバランスや認知機能の維持など、下流の生理的効果をもたらす可能性があります。ここでは、首輪を用いてBrandt's vole (Lasiopodomys brandtii)が共食に関与しないようにし、微生物群集構造、エネルギー代謝、認知機能の変化をモニターしました。本研究では、コプロファジーを防止することで腸内細菌叢のα多様性が低下し、Bacteroidetes、Firmicutes、Oscillospiraなどの微生物の割合が変化することを明らかにしました。共食を防止すると、体重が減少し、食物摂取量が増加した。重要なことは、コプロファジーの予防は、マダラの認知行動を減少させ、脳内の神経伝達物質のレベルを変化させたことです。酢酸塩を毎日投与することで、微生物叢の組成、代謝、神経化学、認知行動におけるコプロファジー予防に起因する変化の一部を逆転させることができた。これらの知見は、コプロファジー行動と腸内マイクロバイオータ、エネルギー代謝、神経機能間の相互作用の機能的重要性を明らかにした。これらの結果は、コプロファジーが腸内細菌叢の安定化、微生物代謝の促進、宿主のエネルギーバランスの維持、そして結果として認知機能の変化に寄与していることを示唆している。

Many small mammals engage in coprophagy, or the behavior of consuming feces, as a means to meet nutritional requirements when feeding on low-quality foods. In addition to nutritional benefits, coprophagy may also help herbivores retain necessary gut microbial diversity and function, which may have downstream physiological effects, such as maintaining energy balance and cognitive function. Here, we used collars to prevent Brandt's vole (Lasiopodomys brandtii) from engaging in coprophagy and monitored changes in microbial community structure, energy metabolism, and cognitive performance. In this research, we found that coprophagy prevention decreased alpha diversity of the gut microbiota, and altered proportions of microbial taxa such as Bacteroidetes, Firmicutes, and Oscillospira. Preventing coprophagy resulted in a reduced body mass, and increased food intake. Importantly, coprophagy prevention decreased vole cognitive behavior and altered levels of neurotransmitters in brain. Daily acetate administration was able to reverse some of the coprophagy prevention-induced changes in microbiota composition, metabolism, neurochemistry, and cognitive behavior. These findings identify the functional importance of coprophagy behavior and interactions between the gut microbiota, energy metabolism, and neurological function. Our results suggest that coprophagy contributes to stabilizing the gut microbiota, promoting microbial metabolism, maintaining host energy balance and, consequently, altering cognitive performance.