Neurones ventrals descendents d’una mosca mascle. Crèdit: Inês de Haan Vicente

Quan l’investigador de la nostra xarxa Carlos Ribeiro començava la seva carrera postdoctoral no hauria pogut ni somiar l’èxit que el seu grup d’investigació ha contribuït a materialitzar avui: el primer connectoma complet i intacte del sistema nerviós central d’un animal complex adult, el de la mosca de la fruita (Drosophila melanogaster). En aquest estudi sense precedents hi han col·laborat a escala internacional diversos laboratoris per desxifrar cada part del connectoma. El Laboratori de Comportament i Metabolisme del Champalimaud Centre for the Unknown, que Ribeiro dirigeix i que se centra en la biologia del gust i la nutrició, ha liderat el primer mapa complet del sistema del gust, que vincula els senyals gustatius provinents de tot el cos amb els circuits que actuen sobre elles, dins d’aquest gran estudi.

Per explicar aquest descobriment recorre a una clara metàfora: «Si volguessis entendre com funciona un ordinador, no et limitaries a mirar-ne la pantalla. Voldries veure’n el diagrama de circuits per saber quina part es comunica amb quina altra. El connectoma és aquest diagrama, però per a un sistema nerviós».

El mapa d’una ment en quatre capes

Aquesta fita neurocientífica inclou 166.700 neurones i desenes de milions de sinapsis en un mapa continu d’una mateixa mosca: des de les neurones sensorials situades en el cos, passant pel cervell i el cordó nerviós ventral (l’equivalent en la mosca a la nostra medul·la espinal), fins a arribar a les neurones motores que accionen els músculs. Ribeiro destaca la magnitud d’aquest registre integral: «Un connectoma consta de quatre capes: les neurones, les sinapsis, la química ―és a dir, quin senyal químic utilitza probablement una neurona per a activar o silenciar les neurones amb les quals es connecta— i, finalment, els tipus cel·lulars, que ens indiquen quina funció exerceix probablement cadascuna».

En cartografiar aquesta autopista de la informació, l’equip ara pot seguir com flueix la informació des que es percep fins a l’acció: «Per menjar, una mosca percep el gust del menjar amb les potes, pren la decisió al cervell i després mou la boca i el cos. Per primera vegada podem seguir tot aquest recorregut, des de la sensació fins a l’acció, en un únic mapa». El mapa confirma amb tot detall el que ja se sabia: el coll és un coll d’ampolla, ja que tot el que el cervell ordena al cos s’ha de canalitzar a través d’un grup reduït de neurones descendents per transformar-se en acció. 

Carlos Ribeiro. Crèdit: Alexandre Azinheira, Champalimaud Foundation

A més de menjar: les múltiples facetes del gust

Encara que tendim a associar el gust exclusivament amb la ingesta, les descobertes revelen que, com indica el mateix investigador, «en la mosca, el sentit del gust no serveix només per alimentar-se: és una xarxa multicanal que s’integra en els circuits del moviment, l’alliberament d’hormones i el festeig».

L’estudi demostra que una mateixa modalitat sensorial desencadena respostes diferents segons el punt corporal activat:

• Pel que fa a la frenada en caminar, Ribeiro explica que «en trepitjar l’aliment adequat, els sensors de les potes detecten menjar i activen unes neurones inhibidores que frenen la locomoció». 
• També influeix en l’alliberament d’un fre motor. «Un podria esperar que un sabor agradable simplement activi el llepat. En canvi, funciona principalment alliberant un fre: el gust silencia les neurones que, en condicions normals, inhibeixen el llepat», il·lustra Ribeiro 
• Per a les respostes hormonals anticipatòries, detalla que «les neurones gustatives de la gola de la mosca es connecten amb les cèl·lules productores d’insulina en només tres passos», fet que ha permès al cos preparar-se mentre encara està ingerint el menjar. Les persones també alliberen insulina de forma anticipada en previsió del menjar, en veure’l, olorar-lo o provar-lo. El mapa de la mosca mostra una connexió neuronal específica que podria realitzar aquesta funció.
• Finalment, sobre el festeig social, explica que «les potes detecten feromones en tocar altres individus i canalitzen la informació cap als circuits de festeig». 

La microbiota i els enigmes de la percepció

Una de les línies emblemàtiques del laboratori de Ribeiro és com els bacteris intestinals condicionen les eleccions alimentàries. On encaixa aquest diàleg microbià en el nou mapa? Ribeiro admet que ens trobem davant de la propera frontera: «La microbiota, com la gana o la set, deu alterar la manera com el connectoma processa la informació. El pròxim gran pas és cartografiar com canvia el connectoma segons l’estat de l’animal».

Pel que fa a com es construeix el sabor en integrar altres sentits o en absència d’algun d’aquests, l’investigador apunta: «És una de les preguntes més difícils en aquest camp. En vam obtenir un primer indici en el comportament de festeig durant un estudi previ amb els nostres col·laboradors a Cambridge. La femella de la mosca percep l’olor d’una feromona del mascle i, amb el contacte físic, en detecta també el gust. Vam trobar un grup de neurones en què convergeixen tots dos senyals. Activar només la via de l’olfacte, o només la del gust, no estimulava la disposició a aparellar-se: només la combinació de totes dues ho aconseguia». Ara, però, és possible localitzar cada punt de trobada on el gust coincideix amb l’olfacte, la vista o el tacte.

De la mosca a l’ésser humà: ciència col·laborativa i impacte global

Encara que el cervell humà posseeix 86.000 milions de neurones enfront de les 166.700 de la mosca, tots dos comparteixen els mateixos principis genètics i organitzatius. Per a Ribeiro, la utilitat pràctica en humans i en salut pública és directa: «La ciència dels insectes té valor per si mateixa. Que un mosquit decideixi si ens pica, que una plaga determini si devora un cultiu o que un pol·linitzador esculli quina flor visita són, en el fons, decisions gustatives que afecten la nostra salut i les nostres fonts d’aliments».

L’investigador subratlla amb passió el caràcter cooperatiu del projecte: el treball del seu laboratori va ser liderat per Ibrahim Tastekin i Inês de Haan Vicente, juntament amb Rory Beresford, en col·laboració estreta amb els equips del Janelia Research Campus (HHMI) i el laboratori de Greg Jefferis, un dels líders del projecte del conectoma, a la Universitat de Cambridge. Sobre aquesta col·laboració conclou: « És emocionant treballar en això amb gent increïble i posar totes aquestes dades a l’abast de tothom. Ara, algú que investigui el moviment, les hormones, la son o el festeig només ha d’obrir aquest mapa i veure com està connectat el circuit que estudia. Vivim una època senzillament fascinant per a la ciència; és tot un privilegi poder contribuir-hi i formar-ne part».