Artículo de investigación relacionado Ko KI, Root CM, Lindsay SA, Zaninovich OA, Shepherd AK, Wasserman SA, Kim SM, Wang JW. 2015. La inanición promueve la modulación concertada del comportamiento olfativo apetitivo a través de circuitos neuromoduladores paralelos. eLife4: e08298. doi: 10.7554 / eLife.08298
Image El hambre cambia la forma en que el sistema olfativo de las moscas procesa los olores de los alimentos
Una expresión común nos haría creer que ‘se pueden atrapar más moscas con miel que con vinagre’. Pero esto no es cierto en el caso de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster (xkcd, 2007). Las moscas adultas buscan microbios en frutas demasiado maduras, confiando en su sentido del olfato para detectar el ácido acético (el químico que le da al vinagre su aroma acre) que se acumula a medida que la fruta fermenta. Sin embargo, las moscas tienden a ignorar o incluso evitar tanto los niveles bajos de vinagre (lo que sugiere que la fruta no está lo suficientemente madura) como los niveles altos de vinagre (lo que sugiere que la fruta podría estar podrida).
Ahora, en eLife, Jing Wang y sus compañeros de trabajo en la Universidad de California, San Diego, incluido Kang Ko como primer autor, revelan con elegancia lo que sucede en el cerebro de las moscas que les permite perseguir una gama más amplia de concentraciones de olor a vinagre cuando tienen hambre (Ko et Sus datos también muestran que el hambre tiene una influencia más matizada en el procesamiento temprano de la información olfativa de lo que se había anticipado anteriormente: el hambre hace más que simplemente afinar la sensibilidad de las moscas a los olores de los alimentos. En cambio, desencadena respuestas específicas (tanto excitadoras como inhibidoras) que alientan a las moscas a alimentarse de fuentes de alimentos subóptimas. Al hacerlo, Ko et al. posiblemente proporcione evidencia adicional para respaldar la noción de que no es prudente ir de compras al supermercado con el estómago vacío, no sea que las señales de hambre puedan afectar su capacidad para diferenciar la buena comida de la mala.
El trabajo de Ko et al. es la culminación de una serie de estudios que han abordado cómo Drosophila procesa la información sobre este importante olor alimentario. En las moscas de la fruta, al igual que en los humanos y otros vertebrados, las neuronas olfativas que detectan sustancias químicas volátiles específicas se conectan a grupos discretos de sinapsis dentro cerebro llamado glomérulos. Las neuronas olfativas que detectan la misma sustancia química se conectan todas al mismo glomérulo. Dependiendo de la concentración, el olor a vinagre activa de 6 a 8 de los 40 glomérulos en el cerebro de la mosca de la fruta. Sin embargo, un estudio histórico anterior de Wang grupo reveló que la actividad de un solo glomérulo olfatorio, denominado DM1, podría explicar la mayor parte de la atracción de una mosca por el vinagre (Semmelhack y Wang, 2009). Apagar los receptores que se conectan al DM1 hizo que las moscas ignoraran el olor a vinagre. Por otro lado, restaurar solo la actividad de las neuronas DM1 en moscas por lo demás ‘anósmicas’ (es decir, moscas que han perdido casi todo el sentido del olfato) fue suficiente para hacer que se sintieran atraídas por el vinagre nuevamente.
Más alto Las concentraciones de vinagre reclutan solo un glomérulo adicional, llamado DM5, y la actividad de DM5 por sí sola puede explicar por qué las moscas evitan el vinagre si el olor es demasiado fuerte (Semmelhack y Wang, 2009). Por lo tanto, la interacción competitiva entre DM1 y DM5 (que se activan a diferentes concentraciones de olor a vinagre) puede determinar en última instancia si la mosca decide acercarse a una fuente potencial de alimento o mantenerse alejada.
El hambre tiene un profundo impacto en comportamiento animal, y las moscas hambrientas encuentran una pequeña gota de comida mezclada con vinagre mucho más rápidamente que las moscas que han sido alimentadas (Root et al., 2011). La hormona insulina media indirectamente en este efecto. La inanición hace que los niveles de insulina caigan en picado, lo que desencadena una cadena de eventos que finalmente hace que las neuronas olfativas DM1 aumenten la expresión de una proteína receptora específica. Este receptor detecta una molécula de señalización llamada «neuropéptido F corto». Una vez que se une al receptor, este neuropéptido amplifica eficazmente o aumenta la «ganancia» de la actividad de DM1. Dado que las neuronas DM1 controlan la atracción de una mosca de la fruta por el vinagre, este hallazgo pareció explicar con elegancia cómo la señalización de la insulina puede llevar a las moscas hambrientas a buscar comida más ampliamente.
Ahora resulta que esta no es toda la historia . Al extender el rango de concentraciones de olor probadas, Ko et al. Ahora encuentran que este mecanismo solo explica cómo las moscas hambrientas aumentan su atracción por concentraciones bajas de olor a vinagre. En concentraciones más altas, las moscas hambrientas todavía persiguen los alimentos con vinagre con más fuerza que los controles alimentados, incluso cuando se reduce la señalización mediada por el neuropéptido F corto (Ko et al., 2015). ¿Podría un neuropéptido adicional explicar esta diferencia? Para buscar esta señal de hambre faltante, Ko et al., encuestaron otras proteínas receptoras, buscando aquellas que estaban aumentadas en las neuronas sensoriales como resultado de la inanición.El receptor de taquiquinina (llamado DTKR para abreviar) surgió como un candidato fuerte, especialmente porque se sabía que puede atenuar las respuestas de las neuronas olfativas de la mosca (Ignell et al., 2009).
El resto de la historia de Ko et al. Sigue maravillosamente un guión lógico: derribar los niveles de DTKR de hecho redujo el comportamiento de búsqueda de alimentos en moscas hambrientas expuestas a concentraciones altas, pero no bajas, de olor a vinagre. De manera similar, DM5 (el glomérulo responsable de evitar los altos niveles de vinagre) fue menos activo en las moscas hambrientas, pero su actividad podría volver a la de una mosca alimentada cuando el DTKR fue derribado. Finalmente, Ko et al. identificaron la insulina como la señal probable que actúa corriente arriba de DTKR en moscas hambrientas.
En conjunto, los datos sugieren un modelo en el que la caída de los niveles de insulina en moscas hambrientas desencadena dos sistemas de señalización de neuropéptidos complementarios que involucran al neuropéptido F corto y la taquiquinina . Uno ayuda a la transmisión de señales en el glomérulo DM1, lo que hace que las moscas sean más sensibles a los olores atractivos de los alimentos. En paralelo, el otro desactiva la transmisión en DM5, lo que hace que sea menos probable que las moscas eviten los olores normalmente desagradables o aversivos. Juntos, estos sistemas permiten que las moscas busquen fuentes de alimentos menos que óptimas en tiempos de escasez (Figura 1).
El vinagre (o ácido acético) es el producto final del proceso de fermentación de la fruta, razón por la cual las moscas de la fruta se sienten atraídas por el olor a vinagre. Sin embargo, las concentraciones altas y bajas de olor a vinagre dejan indiferentes a las moscas (izquierda). Esto se debe a que las concentraciones bajas indican que la fruta está recién madura (plátano verde), mientras que las concentraciones altas significan que está podrida (plátano marrón). Las moscas hambrientas se comportan de manera diferente porque los bajos niveles de insulina causados por la inanición desencadenan dos sistemas distintos de señalización de neuropéptidos que remodelan sus respuestas olfativas (derecha). En las moscas hambrientas, el receptor del neuropéptido F corto (llamado sNPFR) está regulado positivamente en un subconjunto de neuronas olfativas. Esto ayuda a la transmisión de señales dentro del glomérulo DM1, lo que aumenta la sensibilidad a concentraciones bajas de olores de alimentos atractivos. Paralelamente, la señalización elevada de taquiquininas (a través del receptor DTKR) inhibe la transmisión de señales dentro del glomérulo DM5. Esto reduce la posibilidad de evitar olores normalmente desagradables (como altas concentraciones de vinagre). Juntos, estos efectos permiten la búsqueda de fuentes de alimentos menos que óptimas (representadas por las flechas verdes que apuntan hacia los plátanos recién maduros y podridos). DM1 y DM5 son glomérulos específicos que se encuentran en el lóbulo antenal (AL) del cerebro de la mosca y su intensidad de color representa la fuerza de su activación en moscas alimentadas frente a hambrientas.
Este estudio demuestra de manera contundente las fortalezas del modelo de mosca como plataforma para estudiar cómo el cerebro calcula los estímulos sensoriales. Desde ingeniosos ensayos de comportamiento hasta sofisticadas manipulaciones genéticas e imágenes de la actividad cerebral, el trabajo describe cómo una señal sensorial importante se maneja de diferentes maneras dependiendo del estado interno del animal (es decir, hambriento o no). Dado que lo que es cierto para la mosca a menudo, al menos en líneas generales, es cierto para el hombre, el área de investigación ahora está madura para aportar principios de procesamiento sensorial que pueden ser aplicables a muchas, si no a todas, las especies animales.
