La imagen muestra piezas bucales en moscas de tipo salvaje (izquierda). Las neuronas gustativas faríngeas marcadas por proteínas verdes fluorescentes se muestran en tres órganos gustativos faríngeos diferentes en el distal (rojo), medio (azul), y partes proximales (violetas) de la faringe. Crédito:laboratorio Dahanukar, UC Riverside.
Investigadores de la Universidad de California, Riverside ha encontrado una forma de acceder y manipular las neuronas del gusto en la faringe (garganta) de la mosca común de la fruta que podría ayudar a controlar la propagación de enfermedades relacionadas con los mosquitos. como el dengue, malaria, fiebre amarilla, y el virus del Zika, y reducir la pérdida de cultivos debido a plagas agrícolas.
En insectos Los receptores del gusto se encuentran en las neuronas presentes en los pelos gustativos externos de las alas. piernas y piezas bucales, así como en los órganos internos del gusto en la faringe. La mayoría de los investigadores que estudian el gusto se centran solo en los pelos externos del gusto, sin embargo, y pasar por alto la faringe, que es más difícil de acceder.
Anupama Dahanukar, un profesor asociado de molecular, celda, y biología de sistemas, y Yu-Chieh David Chen, su estudiante de posgrado, pudieron examinar las identidades moleculares de las neuronas faríngeas en la mosca de la fruta, un poderoso organismo modelo genético para estudiar el comportamiento de los insectos, haciendo que las neuronas sean fluorescentes. La fluorescencia les ayudó a entender a nivel molecular, cómo se organizaron las neuronas faríngeas.
"Usando moscas transgénicas, pudimos examinar la expresión de proteínas fluorescentes diseñadas para reflejar patrones de receptores quimiosensoriales en las neuronas del gusto faríngeas en la mosca y dibujar un mapa molecular preciso de estos órganos, que no se ha hecho antes, "dijo Dahanukar, quien dirigió el proyecto de investigación. "También pudimos manipular grupos seleccionados de estas neuronas para averiguar si le dicen a la mosca que coma ciertos alimentos o que los evite".
Tal manipulación genética de neuronas en insectos podría tener vastas aplicaciones para frenar la propagación de enfermedades transmitidas por mosquitos y reducir el daño a los cultivos al controlar el comportamiento de alimentación de los mosquitos y las plagas agrícolas. respectivamente. La malaria sola mató a unos 438, 000 personas en el mundo en 2015; aproximadamente, Cada año, entre 3 y 4 mil millones de personas corren el riesgo de contraer dengue o malaria. Las pérdidas en la producción agrícola y forestal de los EE. UU. Se estiman en $ 40 mil millones anuales.
"El importante papel que desempeñan los órganos gustativos faríngeos de una mosca en la regulación de la elección de alimentos no se ha apreciado en gran medida hasta hace poco, "dijo Michael Gordon, profesor asociado de biología en la Universidad de Columbia Británica, que no participó en la investigación. "El mapeo muy cuidadoso y detallado de Anupama y David de tipos específicos de células faríngeas ofrece información importante sobre la lógica de la detección química en estos órganos. También proporciona un marco para comprender mejor las complejidades del impacto del gusto en los comportamientos de alimentación de las moscas".
Los resultados del estudio aparecen en Informes de celda .
"El conjunto de herramientas genéticas que hemos definido puede permitirnos manipular clases seleccionadas de neuronas gustativas faríngeas y examinar las consecuencias de estas manipulaciones de varias funciones, "Dijo Chen.
Chen y Dahanukar también encontraron que los órganos del gusto faríngeo de la mosca comparten algunas características con los pelos gustativos de los órganos externos. Otras características, como la coexpresión (o la falta de ella) de ciertos receptores, puede ser exclusivo de los órganos faríngeos.
"Se sospechaba que la información procedente de órganos faríngeos podría interpretarse de forma diferente a la información procedente de órganos externos, debido a que las neuronas de diferentes órganos se conectan a diferentes circuitos en el cerebro, "dijo Dahanukar, miembro del Instituto de Biología Integrativa del Genoma de la UCR. "Pero las diferencias moleculares entre los dos sugieren que la naturaleza de la información también podría ser diferente. Los órganos faríngeos pueden tomar muestras de sustancias químicas de manera diferente a los órganos externos o estas neuronas internas pueden detectar otros atributos de los alimentos". que ayudan a la mosca a decidir si la ingiere o no ".
La foto muestra al estudiante graduado Yu-Chieh David Chen (izquierda) y su asesor, Anupama Dahanukar. Crédito:laboratorio Dahanukar, UC Riverside.
Para lograr la fluorescencia en las neuronas gustativas faríngeas de la mosca, Dahanukar y Chen aparearon dos moscas transgénicas, con una mosca parental que tiene un transgén GAL4 bajo el control de regiones reguladoras de diferentes receptores quimiosensoriales y la otra parental tiene un transgén UAS-GFP. Cuando las dos moscas transgénicas se aparearon, Las neuronas gustativas faríngeas de la descendencia mostraron fluorescencia en patrones que reflejan la expresión de esos receptores quimiosensoriales.
Chen explicó que el transgén UAS-GFP permite la expresión de la proteína de fluorescencia verde, pero no puede lograrlo por sí solo. Para generar fluorescencia, Se necesita un quimiorreceptor-GAL4 para activar los genes aguas abajo de la secuencia UAS.
"La razón por la que no introducimos los transgenes GAL4 y UAS en la misma mosca, sino que separamos los transgenes GAL4 y UAS en diferentes líneas de moscas transgénicas, es que queremos hacer que estas líneas de moscas sean más versátiles para experimentos combinatorios". ", dijo." Considere la capsaicina, un componente activo de los chiles que las moscas no pueden saborear. Si podemos expresar un receptor de capsaicina en una neurona faríngea de la mosca utilizando una combinación particular de transgenes quimiosensoriales-GAL4 y UAS-capsaicina, entonces esa neurona ahora tiene el receptor de capsaicina. Esto significa que la capsaicina ahora puede activar esta neurona. De este modo, podemos darle a la mosca cualquier receptor del gusto que queramos y alterar el comportamiento de la mosca. Activando artificialmente neuronas selectivas, podemos hacer que la mosca se acerque a un alimento determinado o se aleje de él ".
Según su ubicación en el canal alimentario, Se ha pensado que los órganos del gusto faríngeo son importantes para controlar las conductas alimentarias. Cada vez más estudios indican que las neuronas y los circuitos del gusto faríngeo pueden ser actores clave en la alimentación, hambre, recompensa, y memoria.
"Es fundamental estudiar estas neuronas, que a menudo se pasan por alto en investigaciones anteriores, porque sabemos que la comida debe pasar por la faringe, "Dijo Chen." Centrándose solo en los órganos del gusto externos, como las piernas y las alas, podría llevar a conclusiones incorrectas o incompletas. Nuestro artículo proporciona mapas de ruta de los órganos del gusto faríngeo en un sistema de modelo de insecto para investigar el papel de estas neuronas poco estudiadas en el control de los comportamientos alimentarios ".
Ahora que Dahanukar y Chen tienen conjuntos de herramientas genéticas para manipular las neuronas de las moscas, planean estudiar neuronas faríngeas individuales para comprender completamente qué papel desempeñan en el comportamiento de alimentación de la mosca.
