p Um fungo parasita que infecta formigas e manipula seu comportamento para beneficiar a reprodução do fungo realiza esse feito sem infectar o cérebro das formigas, de acordo com um estudo conduzido por pesquisadores da Penn State. p Em vez de, Ophiocordyceps unilateralis sensu lato - um complexo de espécies às vezes chamado de "fungo formiga zumbi" - circunda e invade as fibras musculares por todo o corpo da formiga, e as células fúngicas formam uma rede 3-D que pode permitir que controlem coletivamente o comportamento do hospedeiro, disseram os pesquisadores.

p Pesquisas anteriores mostraram que este parasita específico da espécie controla o comportamento das operárias da formiga carpinteira, obrigando-os a escalar a vegetação e morder a parte inferior das folhas ou galhos, onde eles morrem. À medida que o fungo cresce no cadáver da formiga, ele produz um talo que se projeta da cabeça da formiga e descarrega esporos infecciosos no solo abaixo, onde podem infectar outras formigas forrageiras.

p "Para entender melhor como esses parasitas microbianos controlam o comportamento animal, vimos as interações em nível de célula entre o parasita e seu hospedeiro-formiga carpinteira em um momento crucial do ciclo de vida do parasita - quando o hospedeiro manipulado se fixa permanentemente à vegetação por suas mandíbulas, "disse o autor principal Maridel Fredericksen, ex-aluno de mestrado em entomologia na Penn State, agora um candidato a doutorado no Instituto Zoológico da Universidade de Basel, Suíça.

p "O fungo é conhecido por secretar metabólitos específicos do tecido e causar mudanças na expressão do gene do hospedeiro, bem como atrofia nos músculos da mandíbula de sua formiga hospedeira, "disse ela." O comportamento alterado do hospedeiro é um fenótipo estendido dos genes do parasita microbiano sendo expressos através do corpo de seu hospedeiro. Mas não se sabe como o fungo coordena esses efeitos para manipular o comportamento do hospedeiro. "

p Para investigar isso, a equipe de pesquisa infectou formigas com O. unilateralis s.l. ou com um patógeno fúngico generalista, Beauveria bassiana, para distinguir entre os efeitos que são comuns a fungos patogênicos daqueles que são específicos de O. unilateralis s.l.

p Usando microscopia eletrônica de varredura de face de bloco serial, a equipe criou visualizações 3D para determinar a distribuição, abundância e interações dos fungos dentro dos corpos das formigas. O uso da tecnologia representou um grande avanço no estudo desse sistema parasita-hospedeiro, de acordo com o autor sênior David Hughes, professor associado de entomologia e biologia, Estado de Penn.

p Trabalhando com a co-autora Missy Hazen no Microscopy and Cytometry Facility of Penn State's Huck Institutes of the Life Sciences, pesquisadores pegaram fatias de tecido a 50 nanômetros e capturaram imagens de cada fatia, usando uma máquina que poderia repetir esse processo 2, 000 vezes em um período de 24 horas.

p "Empilhando essas fatias, poderíamos reconstruí-los em 3-D, dando-nos uma visão em nível de mícron da interação entre o fungo e o hospedeiro, com resolução incrivelmente alta, "Hughes disse." Esta é uma visão sem precedentes de como um manipulador controla seu hospedeiro. "

p Para processar essa quantidade de dados, os cientistas então empregaram inteligência artificial (IA) e algoritmos de aprendizado de máquina para analisar as imagens.

p "Nossos colaboradores da Notre Dame puderam usar o aprendizado profundo para treinar computadores para diferenciar entre células de fungos e formigas, para que pudéssemos determinar quanto do organismo é formiga e quanto é fungo, "Hughes explicou.

p "O desenvolvimento de tecnologia de ponta, modelo de aprendizado profundo para identificar células de fungos e formigas foi um trabalho de equipe completo e colaborativo, "disse Danny Chen, professor de ciência da computação e engenharia, Universidade de Notre Dame. "O grupo Penn State produziu muitos dados de imagens rotuladas, que nosso grupo usava para treinamento, testando e melhorando nosso modelo de rede neural profunda. Foi realmente incrível ver como os biólogos e pesquisadores de IA trabalharam bem juntos para resolver esse problema de forma tão eficaz. "

p Os resultados, publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences , mostrou que O. unilateralis s.l. as células estavam presentes em praticamente todas as regiões do corpo das formigas hospedeiras, inclusive na cabeça, tórax, abdômen e pernas. Além disso, uma grande proporção dessas células fúngicas foram conectadas, sugerindo que eles formem uma rede para controlar o comportamento do host coletivamente.

p "Descobrimos que uma alta porcentagem das células em um hospedeiro eram células fúngicas, "disse Hughes." Em essência, esses animais manipulados eram um fungo na roupa das formigas. "

p Contudo, embora as células fúngicas estivessem concentradas diretamente fora do cérebro, os pesquisadores não observaram células fúngicas dentro do cérebro.

p "Normalmente em animais, o comportamento é controlado pelo cérebro enviando sinais aos músculos, mas nossos resultados sugerem que o parasita está controlando o comportamento do hospedeiro perifericamente, "Hughes disse." Quase como um titereiro puxa as cordas para fazer uma marionete se mover, o fungo controla os músculos da formiga para manipular as pernas e mandíbulas do hospedeiro. "

p Embora o cérebro do hospedeiro não seja invadido por células fúngicas, trabalhos anteriores mostraram que o cérebro pode ser alterado quimicamente pelo parasita, Hughes observou.

p "Nossa hipótese é que o fungo pode estar preservando o cérebro para que o hospedeiro possa sobreviver até que execute seu comportamento final de mordida - aquele momento crítico para a reprodução dos fungos. Mas precisamos conduzir pesquisas adicionais para determinar o papel do cérebro e quanto controle os fungos exercem acima dele."