Ricercatori dell'Università della California, Riverside ha trovato un modo per accedere e manipolare i neuroni del gusto nella faringe (gola) del comune moscerino della frutta che potrebbe aiutare a controllare la diffusione di malattie legate alle zanzare, come la dengue, malaria, febbre gialla, e virus Zika, e ridurre la perdita di raccolti a causa di parassiti agricoli.

Negli insetti, i recettori del gusto si trovano nei neuroni presenti nei peli gustativi esterni sulle ali, gambe e apparato boccale, così come negli organi interni del gusto nella faringe. La maggior parte dei ricercatori che studiano il gusto si concentra solo sui peli del gusto esterni, però, e sovrasta la faringe, a cui è più difficile accedere.

Anupama Dahanukar, un professore associato di molecolare, cellula, e biologia dei sistemi, e Yu-Chieh David Chen, il suo studente laureato, sono stati in grado di esaminare le identità molecolari dei neuroni faringei nel moscerino della frutta, un potente organismo modello genetico per lo studio del comportamento degli insetti, rendendo i neuroni fluorescenti. La fluorescenza li ha aiutati a capire, a livello molecolare, come erano organizzati i neuroni faringei.

"Usando mosche transgeniche, siamo stati in grado di esaminare l'espressione di proteine ​​fluorescenti progettate per riflettere i modelli dei recettori chemiosensoriali nei neuroni del gusto faringei nella mosca e disegnare una precisa mappa molecolare di questi organi, che non è stato fatto prima, " disse Dahanukar, che ha guidato il progetto di ricerca. "Siamo stati anche in grado di manipolare gruppi selezionati di questi neuroni per capire se informano la mosca di mangiare determinati cibi o di evitarli".

Tale manipolazione genetica dei neuroni negli insetti potrebbe avere vaste applicazioni nel frenare la diffusione delle malattie trasmesse dalle zanzare e nel ridurre i danni alle colture controllando il comportamento alimentare delle zanzare e dei parassiti agricoli, rispettivamente. La sola malaria ha ucciso circa 438, 000 persone nel mondo nel 2015; circa, Ogni anno 3-4 miliardi di persone rischiano di contrarre la dengue o la malaria. Le perdite per la produzione agricola e forestale degli Stati Uniti sono stimate in $ 40 miliardi all'anno.

"Il ruolo importante che gli organi gustativi faringei di una mosca svolgono nella regolazione della scelta alimentare è stato ampiamente sottovalutato fino a poco tempo fa, " ha detto Michael Gordon, professore associato di biologia presso l'Università della British Columbia, che non è stato coinvolto nella ricerca. "La mappatura molto attenta e dettagliata di Anupama e David di specifici tipi di cellule faringee offre importanti spunti sulla logica del rilevamento chimico in questi organi. Fornisce anche un quadro per comprendere ulteriormente le complessità dell'impatto del gusto sui comportamenti di alimentazione delle mosche".

I risultati dello studio vengono visualizzati in Rapporti di cella .

"Il toolkit genetico che abbiamo definito può permetterci di manipolare classi selezionate di neuroni del gusto faringei ed esaminare le conseguenze di queste manipolazioni di varie funzioni, " disse Chen.

Chen e Dahanukar hanno anche scoperto che gli organi gustativi faringei della mosca condividono alcune caratteristiche con i peli gustativi sugli organi esterni. Altre caratteristiche, come la co-espressione (o la sua mancanza) di alcuni recettori, può essere unico per gli organi faringei.

"Si è sospettato che le informazioni provenienti dagli organi faringei potessero essere interpretate in modo diverso dalle informazioni provenienti da organi esterni, perché i neuroni di diversi organi si collegano a diversi circuiti nel cervello, " disse Dahanukar, un membro dell'Istituto per la biologia del genoma integrativo presso l'UCR. "Ma le differenze molecolari tra i due suggeriscono che anche la natura delle informazioni potrebbe essere diversa. Gli organi faringei possono campionare le sostanze chimiche in modo diverso dagli organi esterni o questi neuroni interni possono percepire altri attributi del cibo, che aiutano la mosca a decidere se ingerirlo o meno."

Per ottenere la fluorescenza nei neuroni gustativi faringei della mosca, Dahanukar e Chen hanno accoppiato due mosche transgeniche, con un moscerino genitore avente un transgene GAL4 sotto il controllo di regioni regolatorie di diversi recettori chemiosensoriali e l'altro genitore avente un transgene UAS-GFP. Quando le due mosche transgeniche si sono accoppiate, i neuroni del gusto faringei della prole hanno mostrato fluorescenza in modelli che riflettono l'espressione di quei recettori chemiosensoriali.

Chen ha spiegato che il transgene UAS-GFP consente l'espressione della proteina fluorescente verde, ma non può raggiungere questo obiettivo da solo. Per generare fluorescenza, un chemoreceptor-GAL4 è necessario per attivare i geni a valle della sequenza UAS.

"Il motivo per cui non introduciamo i transgeni GAL4 e UAS nella stessa mosca, ma separiamo invece i transgeni GAL4 e UAS in diverse linee di mosca transgeniche è che vogliamo rendere queste linee di mosca più versatili per esperimenti combinatori, " ha detto. "Considerate capsaicina, un componente attivo del peperoncino che le mosche non possono assaggiare. Se possiamo esprimere un recettore della capsaicina in un neurone faringeo della mosca usando una particolare combinazione di transgeni chemosensoriali-GAL4 e UAS-capsaicina, allora quel neurone ora ha il recettore per la capsaicina. Ciò significa che la capsaicina può ora attivare questo neurone. In questo modo, possiamo dare alla mosca qualsiasi recettore del gusto che vogliamo e alterare il comportamento della mosca. Attivando artificialmente i neuroni selettivi, possiamo fare in modo che la mosca si avvicini a un certo cibo o si allontani da esso."

In base alla loro posizione nel canale alimentare, Si ritiene che gli organi del gusto faringei siano importanti per il controllo dei comportamenti alimentari. Sempre più studi indicano che i neuroni e i circuiti del gusto faringei possono essere attori chiave nell'alimentazione, fame, ricompensa, e memoria.

"È fondamentale studiare questi neuroni, che sono spesso aggirati nelle ricerche precedenti, perché sappiamo che il cibo deve passare attraverso la faringe, " Chen ha detto. "Concentrandosi solo sugli organi gustativi esterni, come le gambe e le ali, potrebbe portare a conclusioni errate o incomplete. Il nostro articolo fornisce mappe stradali degli organi gustativi faringei in un sistema modello di insetti per sondare il ruolo di questi neuroni poco studiati nel controllo dei comportamenti alimentari».

Ora che Dahanukar e Chen hanno strumenti genetici per manipolare i neuroni volanti, hanno in programma di studiare i singoli neuroni faringei per comprendere appieno quale ruolo svolgono nel comportamento alimentare della mosca.