Pesquisadores da Universidade da Califórnia, Riverside encontrou uma maneira de acessar e manipular os neurônios gustativos na faringe (garganta) da mosca da fruta comum que pode ajudar a controlar a propagação de doenças relacionadas aos mosquitos, como dengue, malária, febre amarela, e o vírus Zika, e reduzir a perda de safras devido a pragas agrícolas.

Em insetos, os receptores gustativos são encontrados em neurônios presentes nos pêlos gustativos externos das asas, pernas e aparelhos bucais, bem como nos órgãos gustativos internos da faringe. A maioria dos pesquisadores que estudam o paladar concentra-se apenas nos fios de cabelo externos do paladar, Contudo, e ignorar a faringe, que é mais difícil de acessar.

Anupama Dahanukar, um professor associado de molecular, célula, e biologia de sistemas, e Yu-Chieh David Chen, seu aluno de pós-graduação, foram capazes de examinar as identidades moleculares dos neurônios da faringe na mosca da fruta, um poderoso organismo modelo genético para estudar o comportamento dos insetos, tornando os neurônios fluorescentes. A fluorescência os ajudou a entender, a nível molecular, como os neurônios da faringe foram organizados.

"Usando moscas transgênicas, fomos capazes de examinar a expressão de proteínas fluorescentes projetadas para refletir os padrões de receptores quimiossensoriais nos neurônios gustativos da faringe na mosca e desenhar um mapa molecular preciso desses órgãos, o que não foi feito antes, "disse Dahanukar, que liderou o projeto de pesquisa. "Também fomos capazes de manipular grupos selecionados desses neurônios para descobrir se eles informam a mosca para comer certos alimentos ou evitá-los."

Essa manipulação genética de neurônios em insetos pode ter vastas aplicações na redução da propagação de doenças transmitidas por mosquitos e na redução de danos às plantações, controlando o comportamento alimentar de mosquitos e pragas agrícolas, respectivamente. A malária sozinha matou cerca de 438, 000 pessoas no mundo em 2015; aproximadamente, 3-4 bilhões de pessoas correm o risco de contrair dengue ou malária a cada ano. As perdas para a safra dos EUA e produção florestal são estimadas em US $ 40 bilhões anuais.

"O importante papel que os órgãos gustativos faríngeos de uma mosca desempenham na regulação da escolha dos alimentos não foi muito apreciado até recentemente, "disse Michael Gordon, professor associado de biologia da University of British Columbia, que não participou da pesquisa. "O mapeamento muito cuidadoso e detalhado de Anupama e David de tipos específicos de células da faringe oferece importantes insights sobre a lógica da detecção química nesses órgãos. Ele também fornece uma estrutura para entender melhor as complexidades do impacto do sabor no comportamento alimentar das moscas."

Os resultados do estudo aparecem em Relatórios de Célula .

"O kit de ferramentas genéticas que definimos pode nos permitir manipular classes selecionadas de neurônios do paladar faríngeo e examinar as consequências dessas manipulações de várias funções, "Chen disse.

Chen e Dahanukar também descobriram que os órgãos gustativos da faringe da mosca compartilham algumas características com os pêlos gustativos dos órgãos externos. Outras características, tal como co-expressão (ou falta dela) de certos receptores, pode ser exclusivo para órgãos faríngeos.

"Suspeitou-se que as informações dos órgãos faríngeos podem ser interpretadas de forma diferente das informações provenientes de órgãos externos, porque neurônios de diferentes órgãos se conectam a diferentes circuitos no cérebro, "disse Dahanukar, membro do Institute for Integrative Genome Biology da UCR. "Mas as diferenças moleculares entre os dois sugerem que a natureza da informação também pode ser diferente. Os órgãos faríngeos podem coletar amostras de substâncias químicas de maneira diferente dos órgãos externos ou esses neurônios internos podem sentir outros atributos alimentares, que ajudam a mosca a decidir se deve ou não ingeri-lo. "

Para obter fluorescência nos neurônios gustativos da faringe da mosca, Dahanukar e Chen acasalaram duas moscas transgênicas, com uma mosca progenitora tendo um transgene GAL4 sob o controle de regiões regulatórias de diferentes receptores quimiossensoriais e o outro progenitor tendo um transgene UAS-GFP. Quando as duas moscas transgênicas se acasalaram, os neurônios gustativos da faringe da prole mostraram fluorescência em padrões que refletem a expressão desses receptores quimiossensoriais.

Chen explicou que o transgene UAS-GFP permite a expressão da proteína fluorescente verde, mas não pode conseguir isso por conta própria. Para gerar fluorescência, um quimiorreceptor-GAL4 é necessário para ativar os genes a jusante da sequência UAS.

"A razão pela qual não introduzimos os transgenes GAL4 e UAS na mesma mosca, mas separamos os transgenes GAL4 e UAS em diferentes linhagens de mosca transgênica, é que queremos tornar essas linhagens mais versáteis para experimentos combinatórios, "disse ele." Considere a capsaicina, um componente ativo da pimenta malagueta que as moscas não podem sentir. Se pudermos expressar um receptor de capsaicina em um neurônio faríngeo da mosca usando uma combinação particular de transgenes quimiossensorial-GAL4 e UAS-capsaicina, então esse neurônio agora tem o receptor para a capsaicina. Isso significa que a capsaicina agora pode ativar esse neurônio. Desta maneira, podemos fornecer à mosca qualquer receptor de sabor que quisermos e alterar o comportamento da mosca. Ao ativar artificialmente neurônios seletivos, podemos fazer a mosca se aproximar de um determinado alimento ou nos afastar dele. "

Com base em sua localização no canal alimentar, Acredita-se que os órgãos gustativos da faringe sejam importantes para controlar os comportamentos alimentares. Mais e mais estudos indicam que os neurônios e circuitos do paladar faríngeo podem ser peças-chave na alimentação, fome, recompensa, e memória.

"É fundamental estudar esses neurônios, que muitas vezes são contornados em pesquisas anteriores, porque sabemos que o alimento deve passar pela faringe, "Disse Chen." Focando apenas nos órgãos gustativos externos, como as pernas e asas, pode levar a conclusões incorretas ou incompletas. Nosso artigo fornece mapas rodoviários de órgãos gustativos da faringe em um sistema modelo de inseto para investigar o papel desses neurônios pouco estudados no controle de comportamentos alimentares. "

Agora que Dahanukar e Chen têm kits de ferramentas genéticas para manipular os neurônios da mosca, eles planejam estudar neurônios faríngeos individuais para compreender completamente o papel que desempenham no comportamento alimentar da mosca.