Examinando la adquisición selectiva de moscas zombis por parte del hongo titiritero

En un nuevo estudio publicado en eLifela autora principal Carolyn Elya, investigadora postdoctoral en el Departamento de Biología Evolutiva y Organísmica de Harvard, revela los fundamentos moleculares y celulares detrás de la capacidad del hongo parásito Entomophthora muscae (E. muscae) para manipular el comportamiento de las moscas de la fruta.

Elya describió por primera vez el comportamiento manipulado, llamado cumbre, en un estudiar publicado en eLife en 2018. Elya, que estudiaba los microbios transportados por las moscas de la fruta mientras era estudiante de posgrado en la Universidad de California (UC) Berkeley, colocó fruta podrida para capturar moscas de la fruta silvestres.

Cuando más tarde comprobó si había capturado alguna, encontró en su lugar moscas zombi, con un patrón de bandas en el abdomen, que habían muerto adoptando una pose interesante. A través de la extracción y secuenciación del ADN, Elya confirmó la causa sospechosa, E. muscae.

La cumbre ocurre al atardecer cuando las moscas infectadas suben a un lugar elevado y extienden sus probóscides hacia la superficie. Una gota pegajosa que emerge de la probóscide adhiere a la mosca a la superficie justo antes de que las alas se levanten y se separen del cuerpo y las moscas mueran.

«La escalada es muy importante ya que coloca a la mosca en un lugar ventajoso para que el hongo se propague a la mayor cantidad posible de huéspedes», dice Elya. «El hongo salta al nuevo huésped formando estructuras muy especializadas y temporales que atraviesan la piel de la mosca y disparan esporas al medio ambiente que solo sirven durante unas pocas horas. Es un proceso fugaz, por lo que una posición ventajosa lo es todo para sobrevivir. .»

Mientras estaba en UC Berkeley, Elya desarrolló un modelo de laboratorio al que se refiere como el sistema de ‘mosca zombi’ Entomophthora muscae-Drosophila melanogaster utilizando el aislado de hongos silvestres que encontró en su patio trasero. Con este sistema, Elya podría infectar continuamente moscas de la fruta, un elemento básico de laboratorio, así como cultivar el hongo independientemente de la mosca huésped en medios que imitan el entorno interno de la mosca.

Summiting ha aparecido varias veces en la literatura científica, pero los estudios solo habían sido observaciones de moscas domésticas muertas. Nadie había observado nunca cómo se comportan las moscas en sus últimas horas de vida. Elya se propuso llenar este vacío de conocimiento de lo que sucede cuando las moscas llegan a la cima mediante el desarrollo de un ensayo de comportamiento de alto rendimiento para rastrear automáticamente cientos de moscas infectadas. Mientras usaba esta plataforma para monitorear el comportamiento de las moscas que se convertían en zombis, se encontró con una sorpresa.

«Descubrimos que llegar a la cima no se trata de escalar», dijo Elya, «en realidad es este estallido de actividad locomotora que comienza aproximadamente dos horas y media antes de que mueran las moscas».

Con este descubrimiento, Elya y los coautores combinaron su sistema para crear moscas zombi bajo demanda con el poderoso conjunto de herramientas genéticas de la mosca de la fruta del laboratorio. Con estos y el nuevo ensayo de comportamiento del autor, pudieron identificar los genes y las neuronas necesarios para que las moscas lleguen a la cima.

«En general, descubrimos que los ejes hormonales de las moscas mediaban en el comportamiento de la cumbre. Cuando silenciamos estas neuronas, las moscas eran realmente malas en la cumbre», dice Elya. Estas neuronas envían proyecciones a un órgano neurohemal que produce la hormona juvenil, una hormona conservada en los insectos. «Creemos que el hongo en realidad está impulsando la actividad de estas neuronas para impulsar la liberación de esta hormona, lo que hace que las moscas tengan esta explosión de actividad locomotora».

Luego, Elya y los coautores pudieron recopilar un conjunto de datos de comportamiento que constaba de cientos de moscas infectadas, que luego usaron para entrenar una computadora para identificar moscas mientras alcanzaban la cumbre. Esta herramienta clasificadora permitió al equipo descubrir que las células fúngicas invaden el cerebro de la mosca de forma organizada, ocupando regiones específicas del cerebro durante la cumbre.

Curiosamente, el equipo también descubrió que la barrera hematoencefálica de las moscas se ve comprometida cuando se expone al hongo. Normalmente las neuronas están protegidas de la sangre que circula por el cuerpo de la mosca. La ruptura de la barrera hematoencefálica tiene consecuencias importantes para lo que las neuronas están expuestas, permitiendo potencialmente que las cosas que circulan en la sangre interactúen con las neuronas en el cerebro, proporcionando así una ruta para modular la actividad neuronal.

«Creemos que esto podría ser importante por la forma en que el hongo está impulsando los cambios de comportamiento», dijo Elya, «y en realidad descubrimos que se puede extraer sangre de las moscas que realizan el comportamiento de cumbre, ponerla en moscas ingenuas y conducir algunas de ellas». este aumento de la locomoción. Así que hemos demostrado que existe al menos la capacidad parcial de recapitular este comportamiento de cumbre simplemente transfiriendo sangre de mosca».

Elya dice que estos experimentos muestran que algunos factores transmitidos por la sangre pueden impulsar el comportamiento de cumbre, aunque aún no está claro cuál es la identidad de estos factores o quién los produce (el hongo o la mosca).

Elya espera desarrollar a continuación transgénicos para ayudar a modular las cosas desde el lado de los hongos, además de las perturbaciones que ya se pueden producir en las moscas. «Todavía hay muchas preguntas abiertas aquí», dice, «lo que está haciendo el hongo sigue siendo un misterio».