Investigadores japoneses han logrado obtener imágenes completas de los circuitos neuronales de insectos para estudiar las funciones responsables de su comportamiento.
Los insectos muestran una variedad de comportamientos innatos específicos de cada especie: los comportamientos instintivos. Por ejemplo, las abejas obreras realizan una danza cuando encuentran néctar, dibujando un recorrido en forma de ocho al volar hacia la colmena. Por otra parte, las polillas macho buscan pareja femenina cuando detectan feromonas sexuales.
Siguen existiendo dudas sobre cómo estos comportamientos innatos son generados por las funciones de los circuitos neuronales en el cerebro del insecto. Para obtener imágenes completas de estos circuitos, es necesario saber cuáles se activan en cada momento.
Los investigadores han demostrado la eficacia de dos métodos en la mosca de la fruta. También han experimentado un método para controlar el comportamiento de los insectos mediante la manipulación de las actividades de los circuitos neuronales de una manera artificial.
Los circuitos neuronales de la mosca de la fruta
Un grupo de investigación de la Universidad de Kanazawa, en Japón, ha participado activamente en la investigación de las funciones de los circuitos neuronales, centrándose en los genes cuya expresión se produce de una manera dependiente de la actividad neuronal.
Tal y como se describe en un comunicado, el grupo identificó anteriormente el gen Hormone receptor 38 (Hr38), que se expresa de una manera dependiente de la actividad neuronal en el cerebro del insecto. Es un gen marcador útil para las actividades neuronales.
El equipo escogió la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), un insecto modelo, para generar una cepa modificada genéticamente que reflejara con precisión el patrón de expresión del gen Hr38. Los investigadores establecieron un método para visualizar específicamente las neuronas activas, marcándolas con proteína verde fluorescente (o GFP).
Usando este método optogenético, revelaron una imagen completa de los circuitos neuronales de la mosca de la fruta macho en el cerebro y el cordón nervioso ventral (parte del sistema nerviosos central de los insectos), que se activaron cuando esta mosca macho interactuó con una mosca hembra.
Se sabe que los genes fruitless (fru) y doublesex (dsx) determinan el sexo de los sistemas neurales en el cerebro y en el cordón nervioso ventral de la mosca de la fruta, y que estos genes son responsables del desarrollo de los circuitos neuronales de tipo masculino y de tipo femenino.
En el presente estudio, el grupo aplicó su método específicamente a los circuitos neuronales que expresan los genes anteriores. Esto reveló actividad neuronal dentro de los circuitos de tipo masculino durante el comportamiento de cortejo.
Como resultado, el equipo de investigación descubrió que un grupo de neuronas (aSP2) estaba activo específicamente cuando una mosca macho interactuaba con una mosca hembra, además de los circuitos neurales de los que ya se conocía su importancia en la regulación del comportamiento en el apareamiento.
Manipulación de los circuitos neuronales
Además de la visualización de los circuitos neuronales activados durante un comportamiento, es importante poder manipular la actividad de los circuitos neuronales de una manera deseada para revelar sus funciones
Los investigadores crearon una cepa de Drosophila que pudiera expresar de manera dependiente de la actividad la proteína CsChrismon, una rodopsina de canal que funcionan como canales iónicos ligados a la luz, en lugar de GFP. Los circuitos neuronales se iluminaron en la mosca macho tras el apareamiento.
Además, el grupo analizó las funciones del grupo de neuronas aSP2 sobre el comportamiento de apareamiento. Al inhibir su actividad, los investigadores comprobaron que el cortejo se interrumpía. El resultado muestra que el grupo neuronal aSP2 desempeña un papel importante en la regulación de la motivación durante el comportamiento instintivo del cortejo.
Perspectivas de futuro
El presente estudio ha establecido por primera vez métodos para visualizar circuitos neuronales de forma dependiente de la actividad en insectos y para manipular su actividad.
Comprender las bases neuronales de los comportamientos innatos de los insectos no solo es importante en la ciencia fundamental, sino que también puede contribuir a aplicaciones como la utilización eficiente de insectos beneficiosos como las abejas y los gusanos de seda; deshacerse de insectos nocivos; o la prevención de epidemias transmitidas pr mosquitos, como la malaria, el dengue o la fiebre del Zika.
Referencia
Activity-dependent visualization and control of neural circuits for courtship behavior in the fly Drosophila melanogaster. S. Takayanagi-Kiya, T. Kiya. PNAS, 5 March 2019. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1814628116.