Articolul de cercetare asociat Ko KI, Root CM, Lindsay SA, Zaninovich OA, Shepherd AK, Wasserman SA, Kim SM, Wang JW. 2015. Inanțiunea promovează modularea concertată a comportamentului olfactiv apetitiv prin circuite neuromodulatoare paralele. eLife4: e08298. doi: 10.7554 / eLife.08298
Image Hunger modifică modul în care sistemul olfactiv cu muște procesează mirosurile alimentelor
O expresie comună ne-ar face să credem că „poți prinde mai multe muște cu miere decât cu oțet”. Dar acest lucru nu este adevărat în cazul mustei fructelor Drosophila melanogaster (xkcd, 2007). Muștele adulte hrănesc microbii cu fructe prea coapte, bazându-se pe simțul mirosului lor pentru a detecta acidul acetic (substanța chimică care conferă oțetului aroma sa înțepătoare) care se acumulează pe măsură ce fructele fermentează. Cu toate acestea, muștele tind să ignore sau chiar să evite atât nivelurile scăzute de oțet (care sugerează că fructul nu este suficient de copt), cât și nivelurile ridicate de oțet (care sugerează că fructul ar putea fi putred).
Acum, în eLife, Jing Wang și colegii săi de la Universitatea din California, San Diego – inclusiv Kang Ko ca prim autor – dezvăluie elegant ce se întâmplă în creierele muștelor, care le permite să urmărească o gamă mai largă de concentrații de miros de oțet când le este foame (Ko et. Datele lor arată, de asemenea, că foamea are o influență mai nuanțată asupra prelucrării timpurii a informațiilor olfactive decât se anticipase anterior: foamea face mai mult decât să ajusteze sensibilitatea muștelor la mirosurile alimentare. În schimb, declanșează răspunsuri specifice (atât excitatorii, cât și inhibitori) care încurajează muștele să se hrănească pe surse de hrană sub-optime. Procedând astfel, Ko et al. furnizați probe suplimentare pentru a susține ideea că nu este înțelept să mergeți la cumpărături pe stomacul gol, pentru ca semnalele foametei să vă afecteze capacitatea de a discrimina mâncarea bună de cea rea.
Munca lui Ko et al. este punctul culminant al unei serii de studii care au abordat modul în care Drosophila procesează informații despre acest important miros alimentar. La muștele fructelor, la fel ca la om și la alte vertebrate, neuronii olfactivi care detectează substanțe chimice volatile specifice se conectează la clustere discrete de sinapse din creierul numit glomeruli. Neuronii olfactivi care detectează aceeași substanță chimică se conectează toți la același glomerul. În funcție de concentrație, mirosul de oțet activează 6 până la 8 din cei aproximativ 40 de glomeruli din creierul mustei fructelor. Cu toate acestea, un studiu de referință anterior din Wang grupul a dezvăluit că activitatea unui singur glomerul olfactiv, denumit DM1, ar putea explica cea mai mare parte a atracției unei muște către oțet (Semmelhack și Wang, 2009). Oprirea receptorilor care se conectează la DM1 a făcut ca muștele să ignore mirosul de oțet. Pe de altă parte, restaurarea numai a activității neuronilor DM1 la muștele altfel „anosmice” (adică muștele care și-au pierdut aproape tot mirosul) a fost suficientă pentru a-i face să fie din nou atrași de oțet.
concentrațiile de oțet recrutează doar un glomerul suplimentar, numit DM5, iar activitatea DM5 pe cont propriu poate explica de ce muștele evită oțetul dacă mirosul este prea puternic (Semmelhack și Wang, 2009). Prin urmare, interacțiunea competitivă dintre DM1 și DM5 (care sunt activate la diferite concentrații de miros de oțet) poate determina în cele din urmă dacă musca decide să se apropie de o sursă de hrană potențială sau să rămână departe.
Foamea are un impact profund asupra comportamentul animalelor și muștele flămânde găsesc o picătură mică de alimente cu oțet mult mai repede decât muștele care au fost hrănite (Root și colab., 2011). Hormonul insulină mediază indirect acest efect. Înfometarea determină scăderea nivelului de insulină, declanșând un lanț de evenimente care determină în cele din urmă neuronii olfactivi DM1 să crească expresia unei proteine receptor specifice. Acest receptor detectează o moleculă de semnalizare numită „neuropeptidă scurtă F”. La legarea de receptor, această neuropeptidă amplifică efectiv sau crește „câștigul” activității DM1. Întrucât neuronii DM1 controlează atracția unei muște de fructe față de oțet, această constatare părea să explice elegant modul în care semnalizarea insulinei poate determina muștele înfometate să caute mai mult hrana.
Acum se pare că aceasta nu este întreaga poveste Prin extinderea gamei de concentrații de miros testate, Ko și colab. Descoperă acum că acest mecanism explică doar modul în care muștele flămânde își sporesc atracția către concentrații scăzute de miros de oțet. când semnalizarea mediată de neuropeptida F scurtă este redusă (Ko și colab., 2015). O altă neuropeptidă ar putea explica această diferență? Pentru a căuta acest semnal lipsit de foame, Ko și colab. au studiat alte proteine receptor, căutând cele care au fost crescute în neuronii senzoriali ca urmare a înfometării.Receptorul tahichininei (numit pe scurt DTKR) a apărut ca un candidat puternic, mai ales pentru că se știa că poate regla răspunsurile neuronilor olfactivi ai muștei (Ignell și colab., 2009).
Restul poveștii lui Ko et al. Urmează frumos un script logic: doborârea nivelurilor DTKR a redus într-adevăr comportamentul de găsire a alimentelor la muștele flămânde expuse la concentrații mari, dar nu mici, de miros de oțet. În mod similar, DM5 (glomerulul responsabil de evitarea nivelurilor ridicate de oțet) a fost mai puțin activ la muștele înfometate, dar activitatea sa ar putea fi readusă la cea a unei muște hrănite atunci când DTKR a fost doborâtă. În cele din urmă, Ko et al. identificat insulina ca semnal probabil care acționează în amonte de DTKR la muștele înfometate.
Luate împreună, datele sugerează un model în care scăderea nivelului de insulină la muștele înfometate declanșează două sisteme complementare de semnalizare a neuropeptidelor care implică neuropeptida scurtă F și tahichinină . Unul ajută la transmiterea semnalelor la glomerulul DM1, ceea ce face muștele mai sensibile la mirosurile atractive ale alimentelor. În paralel, cealaltă oprește transmisia la DM5, ceea ce face ca muștele să fie mai puțin susceptibile de a evita mirosurile în mod normal neplăcute sau aversive. Împreună, aceste sisteme permit muștelor să urmărească surse de hrană mai puțin decât optime în perioade de penurie (Figura 1).
Oțetul (sau acidul acetic) este produsul final al procesului de fermentare a fructelor, motiv pentru care muștele fructelor sunt atrase de mirosul de oțet. Cu toate acestea, atât concentrațiile mici, cât și cele mari de miros de oțet lasă muștele indiferente (la stânga). Acest lucru se datorează faptului că concentrațiile scăzute indică faptul că fructul este doar copt (banana verde), în timp ce concentrațiile ridicate înseamnă că este putred (banana maro). Muștele flămânde se comportă diferit, deoarece nivelurile scăzute de insulină cauzate de foamete declanșează două sisteme de semnalizare neuropeptidice distincte care își remodelează răspunsurile olfactive (dreapta). La muștele înfometate, receptorul neuropeptidei scurte F (numit sNPFR) este reglat în sus într-un subgrup de neuroni olfactivi. Acest lucru ajută la transmiterea semnalelor în glomerulul DM1, ceea ce crește sensibilitatea la concentrații scăzute de mirosuri atractive ale alimentelor. În paralel, semnalizarea crescută a tahicininei (prin receptorul DTKR) inhibă transmiterea semnalelor în glomerulul DM5. Acest lucru scade evitarea mirosurilor neplăcute în mod normal (cum ar fi concentrații mari de oțet). Împreună, aceste efecte permit urmărirea unor surse de hrană mai puțin decât optime (descrise de săgețile verzi îndreptate spre bananele tocmai coapte și putrezite). DM1 și DM5 sunt glomeruli specifici care se găsesc în lobul antenal (AL) al creierului mustei și intensitatea culorii lor reprezintă puterea activării lor la muștele hrănite față de foame.
Acest studiu demonstrează puternic punctele forte ale modelului zbura ca o platformă pentru a studia modul în care creierul calculează stimulii senzoriali. De la teste comportamentale inteligente, la manipulări genetice sofisticate și imagistica activității creierului, lucrarea descrie modul în care un indiciu senzorial important este tratat în moduri diferite, în funcție de starea internă a animalului (adică flămând sau nu). Întrucât ceea ce este adevărat pentru zbor este adesea – cel puțin în linie generală – adevărat pentru om, zona de cercetare este acum coaptă pentru a contribui la principii de procesare senzorială care pot fi aplicabile multor specii de animale, dacă nu chiar tuturor.
