Neurónios ventrais descendentes, de uma mosca macho. Créditos: Inês de Haan Vicente

Quando o investigador da nossa rede Carlos Ribeiro iniciou a sua carreira pós-doutoral, não sonhava que o seu grupo de investigação pudesse vir a contribuir para o marco alcançado hoje: o primeiro conectoma completo e intacto do sistema nervoso central de um animal complexo adulto, o da mosca-da-fruta (Drosophila melanogaster). Este estudo sem precedentes contou com a colaboração internacional de vários laboratórios para decifrar todas as partes do conectoma. O Laboratório de Comportamento e Metabolismo do Champalimaud Centre for the Unknown, que Carlos Ribeiro dirige e que se dedica à biologia do paladar e à nutrição, liderou a elaboração do primeiro mapa completo do sistema do paladar, que associa os sinais gustativos provenientes de todo o corpo aos circuitos que atuam sobre eles, no âmbito deste grande estudo.

Para explicar esta descoberta, recorre a uma analogia clara: «Se quiséssemos compreender como funciona um computador, não nos limitaríamos a olhar para o ecrã. Quereríamos ver o esquema de circuitos para saber que parte comunica com que parte. O conectoma é esse esquema, mas para um sistema nervoso». 

O mapa de uma mente em quatro camadas

Este marco neurocientífico abrange 166 700 neurónios e dezenas de milhões de sinapses num mapa contínuo de uma única mosca: desde os neurónios sensoriais localizados no corpo, passando pelo cérebro e pelo cordão nervoso ventral (o equivalente, na mosca, à nossa medula espinal), até aos neurónios motores que acionam os músculos. Carlos Ribeiro destaca a magnitude deste registo completo: «Um conectoma é composto de quatro camadas: os próprios neurónios, as sinapses, a química (ou seja, que sinal químico um neurónio provavelmente utiliza para ativar ou silenciar os neurónios aos quais está ligado) e, por último, os tipos celulares, que nos indicam qual a função que cada um provavelmente desempenha». 

Ao mapear esta autoestrada de informação, a equipa pode agora acompanhar o fluxo da informação, desde o momento em que é captada até à ação: «Para se alimentar, uma mosca percebe o sabor da comida com as patas, toma a decisão no cérebro e, em seguida, move a boca e o corpo. Pela primeira vez, podemos acompanhar todo esse percurso, desde a sensação até à ação, num único mapa». O mapa confirma, com todo o pormenor, o que já se sabia: o pescoço é um ponto de estrangulamento, uma vez que tudo o que o cérebro ordena ao corpo tem de ser canalizado através de um pequeno grupo de neurónios descendentes para se transformar em ação.

Carlos Ribeiro. Créditos: Alexandre Azinheira, Champalimaud Foundation

Para além de comer: as múltiplas facetas do paladar

Embora tenhamos tendência a associar o paladar exclusivamente à ingestão de alimentos, as descobertas revelam que, tal como o próprio investigador salienta, «na mosca, o sentido do paladar não serve apenas para se alimentar: é uma rede multicanal que se integra nos circuitos do movimento, da libertação de hormonas e do cortejamento».

O estudo demonstra que a mesma modalidade sensorial desencadeia respostas diferentes consoante a parte do corpo ativada:

• No que diz respeito à travagem ao caminhar, Carlos Ribeiro explica que «ao pisar o alimento adequado, os sensores das patas detetam comida e ativam neurónios inibidores que travam a locomoção». 
• Isso também influencia a libertação de um travão motor. «Seria de esperar que um sabor agradável simplesmente ativasse o ato de lamber. Em vez disso, funciona principalmente libertando um travão: o sabor silencia os neurónios que, em condições normais, inibem o ato de lamber», explica Carlos Ribeiro. Relativamente às respostas hormonais antecipadas, explica que «os neurónios gustativos da garganta da mosca ligam-se às células produtoras de insulina em apenas três etapas», o que permite ao corpo preparar-se enquanto ainda está a ingerir a comida. As pessoas também libertam insulina antecipadamente, em preparação para a refeição, ao vê-la, cheirá-la ou prová-la. O mapa da mosca revela uma ligação neuronal específica que poderia desempenhar esta função.
• Por fim, no que diz respeito ao cortejamento social, explica que «as patas detetam feromonas ao tocar noutros indivíduos e canalizam a informação para os circuitos de cortejamento». 

A microbiota e os enigmas da perceção

Uma das linhas de investigação emblemáticas do Ribeiro Lab é a forma como as bactérias intestinais condicionam as escolhas alimentares. Onde é que este diálogo microbiano se insere no novo mapa? Carlos Ribeiro admite que estamos perante a próxima fronteira: «A microbiota, tal como a fome e a sede, deve alterar a forma como o conectoma processa a informação. O próximo grande passo é mapear como o conectoma muda consoante o estado do animal.»

No que se refere à forma como o sabor se constrói ao integrar outros sentidos ou na ausência destes, o investigador salienta: «É uma das questões mais difíceis neste domínio. Obtivemos um primeiro indício sobre o comportamento de cortejamento durante um estudo anterior realizado com os nossos colaboradores em Cambridge. A fêmea da mosca percebe o cheiro de uma feromona do macho e, através do contacto físico, deteta também o seu sabor. Encontrámos um grupo de neurónios no qual convergem ambos os sinais. Ativar apenas a via do olfato ou apenas a do paladar não estimulava a sua disposição para o acasalamento: só era possível com a combinação de ambas.» Agora, porém, é possível identificar cada ponto de encontro em que o paladar coincide com o olfato, a visão ou o tato.

Da mosca ao ser humano: ciência colaborativa e impacto global

Embora o cérebro humano só possua 86 000 milhões de neurónios, em comparação com os 166 700 da mosca, ambos partilham os mesmos princípios genéticos e organizacionais. Para Carlos Ribeiro, a utilidade prática para os seres humanos e para a saúde pública é direta: «A ciência dos insetos tem valor por si só. O facto de um mosquito decidir se nos pica, de uma praga determinar se devora uma cultura ou de um polinizador escolher a flor que visita são, no fundo, decisões baseadas no paladar que afetam a nossa saúde e as nossas fontes de alimento». 

O investigador salienta, com entusiasmo, o caráter colaborativo do projeto: o trabalho do seu laboratório foi liderado por Ibrahim Tastekin e Inês de Haan Vicente, juntamente com Rory J. Beresford, em estreita colaboração com as equipas do Janelia Research Campus (HHMI) e do laboratório de Greg Jefferis, um dos líderes do projeto do conectoma, na Universidade de Cambridge. Sobre esta colaboração, conclui: «É emocionante trabalhar nisto ao lado de pessoas incríveis e colocar todos estes dados ao alcance de qualquer pessoa. Agora, quem estiver a investigar o movimento, as hormonas, o sono ou o cortejamento só tem de abrir este mapa e ver como está interligado o circuito que está a estudar. Vivemos uma época simplesmente fascinante para a ciência; é um verdadeiro privilégio poder contribuir e fazer parte dela».