José Manuel Duhart, investigador del CONICET en el Laboratorio de Genética del Comportamiento de la Fundación Instituto Leloir (FIL), evalúa el impacto que tendrá la reciente publicación del “conectoma” –todos los circuitos y las conexiones entre las neuronas– de la mosca de la fruta. Al ser un modelo animal muy usado en estudios de genética y neurociencia, abre las puertas al desarrollo de posibles terapias y la optimización de modelos computacionales, entre otras cosas.

(Agencia CyTA-Leloir).- Días atrás, la revista Science publicó el primer mapa completo de todos los circuitos y las conexiones entre las neuronas (“conectoma”) del cerebro de un insecto. Pero no de cualquier insecto, sino del de la larva de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), uno de los modelos animales más usados en los laboratorios de todo el mundo para realizar estudios de genética, desarrollo embrionario y neurociencias que permitan saber más acerca de cómo funciona el cerebro humano.

Para entender el alcance de este hito científico que determinó, entre otras cosas, que en ese estadio el cerebro de Drosophila contiene 3016 neuronas y 548.000 conexiones sinápticas, la Agencia CyTA-Leloir consultó a José Manuel Duhart, investigador del CONICET en el Laboratorio de Genética del Comportamiento de la Fundación Instituto Leloir (FIL). El biotecnólogo doctorado en Ciencia y Tecnología, que en sus redes sociales grafica su estado como “papando Drosophilas”, trabaja con este insecto desde 2015 para tratar de entender los mecanismos neuronales que marcan el ritmo del reloj biológico, encargado de sincronizar el paso del día y la noche, y cómo diversos factores motivacionales impactan en la regulación del sueño.

“Los resultados de este estudio permiten tener un primer mapa hiperdetallado de cómo se conectan todas las neuronas de un cerebro. Esta información permitirá generar hipótesis acerca de cómo un circuito neuronal –un grupo de neuronas conectadas de una manera específica– es capaz de generar o sostener funciones complejas como aprender y formar memorias”, resumió Duhart. Y agregó: “Si bien la complejidad de nuestro cerebro es extremadamente mayor, tanto en número de neuronas como en el repertorio de funciones que es capaz de realizar, se espera que las reglas generales que aprendamos de estos organismos menos complejos sirvan de marco para acelerar la comprensión de nuestra biología”.

El estudio realizado por científicos de las universidades Johns Hopkins (Estados Unidos) y Cambridge (Reino Unido) se basó en imágenes obtenidas por microscopía electrónica con un nivel de resolución altísimo. Esto permitió identificar estructuras características de las conexiones entre neuronas y reconstruir qué neurona se comunica con qué otra y, además, en qué “sentido” se da esa comunicación.

Para Duhart, más allá del desafío técnico y de la utilidad de los nuevos datos para futuras investigaciones, “hay hallazgos que resultan realmente sorprendentes”. Y detalló: “Se observó que las neuronas pueden recibir información en estructuras que no están generalmente asociadas a ese fin, como los axones, y que pueden enviarla desde estructuras que tampoco se asociaban a ese rol, como las dendritas”. Aunque reconoció que esto ya se había descripto en algunas regiones particulares del cerebro, “ahora parece ser un fenómeno extendido a todo ese órgano”, aseguró.

Otro punto interesante, mencionó, es que existe un gran nivel de recurrencia en la conectividad cerebral: alrededor del 40% de las neuronas es capaz de “contestarle” a otras que les envían información. “Las neuronas que forman parte del centro de aprendizaje del cerebro se encuentran entre las que poseen un mayor grado de recurrencia. Esta arquitectura de la red se asemeja a modelos utilizados en inteligencia artificial (IA)”, señaló el experto. Y continuó: “Quizá nuestro mayor entendimiento del funcionamiento de organismos simples pueda ayudar a optimizar y a generar nuevos modelos computacionales”.

A partir de este mapa tan detallado, los científicos podrán extraer modelos generales acerca de cómo se organiza una red de neuronas para conseguir ingresar información o inputs y generar acciones o memorias a partir de ellos. “Además, saber cómo funcionan los circuitos para realizar estas tareas sienta bases para entender qué está funcionando mal en situaciones patológicas, y, eventualmente, diseñar mejores estrategias de investigación para hallar tratamientos”, explicó Duhart.

Más que una mosca

Por compartir muchos procesos biológicos con el ser humano, Drosophila melanogaster se convirtió en un excelente modelo de investigación sobre principios generales de la biología celular, la genética, el desarrollo embrionario  y el funcionamiento del cerebro en general. Esto se suma a que es un animal pequeño, sencillo de criar y mantener y con un ciclo de vida corto. “Desde ya que debe tenerse una gran precaución a la hora de extrapolar resultados que encontramos en la mosca a humanos”, advirtió Duhart.

Por último, el científico resaltó otro aspecto importante detrás del uso de este modelo animal: “Drosophila puede resultar útil también para acelerar nuestro entendimiento sobre la biología de otros invertebrados, algo que tiene un impacto en el bienestar del planeta. Por ejemplo, la mayoría de las especies polinizadoras son insectos y una variedad de factores –como el uso intensivo de pesticidas y el cambio climático– han llevado a un declive en su número. Ahora podremos acelerar los conocimientos sobre cómo estos factores impactan en la fisiología de los insectos para poder diseñar estrategias paliativas, o contribuir al diagnóstico de las causas de su declive”.

 

Así se ve el mapa completo del cerebro de Drosophila melanogaster publicado en la revista Science (Gentileza Science).

Larvas de Drosophila, en color blanco.