Исследователи показали, как можно манипулировать пищевым выбором насекомых

Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде нашли способ доступа и манипулирования вкусовыми нейронами в глотке обычной плодовой мушки (Drosophila). Этот подход может помочь контролировать распространение болезней, переносимых комарами (лихорадка денге, малярия, желтая лихорадка, вирус Зика), и сократить потери урожая из-за сельскохозяйственных вредителей.

У насекомых вкусовые рецепторы находятся в нейронах как во внешних вкусовых волосках на крыльях, ногах и ротовых частях, так и во внутренних вкусовых органах в глотке. Однако большинство исследований сосредоточено на внешних волосках, игнорируя труднодоступную глотку.

Анупама Даханакар, доцент молекулярной, клеточной биологии и биологии систем, и её аспирант Ю-Чи Дэвид Чен смогли исследовать молекулярную идентичность нейронов глотки у плодовой мушки — мощного генетического модельного организма. Они сделали нейроны флуоресцентными, что помогло понять их молекулярную организацию.

"Используя трансгенных мух, мы смогли изучить экспрессию флуоресцентных белков, отражающих паттерны хемосенсорных рецепторов в нейронах глотки, и составить точную молекулярную карту этих органов, чего раньше не делалось", — сказала Даханакар. — "Мы также смогли манипулировать выбранными группами этих нейронов, чтобы выяснить, заставляют ли они муху есть определенную пищу или избегать её".

Такое генетическое манипулирование нейронами насекомых может иметь широкое применение для сдерживания распространения болезней, переносимых комарами, и сокращения ущерба урожаю. Только малярия убила около 438 000 человек в мире в 2015 году; примерно 3–4 миллиарда человек ежегодно рискуют заразиться денге или малярией. Потери производства сельскохозяйственных культур и лесов в США оцениваются в 40 миллиардов долларов в год.

Результаты исследования опубликованы в Cell Reports.

"Генетический инструментарий, который мы определили, позволяет нам манипулировать выбранными классами вкусовых нейронов глотки и изучать последствия этих манипуляций", — сказал Чен.

Исследователи также обнаружили, что вкусовые органы глотки мухи имеют как общие черты с внешними вкусовыми волосками, так и уникальные особенности, например, в ко-экспрессии (или её отсутствии) определенных рецепторов.

"Предполагалось, что информация из органов глотки может интерпретироваться иначе, чем информация от внешних органов, потому что нейроны из разных органов подключаются к разным цепям в мозге", — сказала Даханакар. — "Но молекулярные различия между ними позволяют предположить, что и природа информации может быть разной. Органы глотки могут иначе "считывать" химические вещества или эти внутренние нейроны могут ощущать другие свойства пищи, которые помогают мухе решить, проглатывать её или нет".

Метод и перспективы

Чтобы добиться флуоресценции в нейронах глотки, исследователи скрестили две трансгенные линии мух: у одной родительской линии был трансген GAL4 под контролем регуляторных областей разных хемосенсорных рецепторов, а у другой — трансген UAS-GFP. У потомства нейроны глотки проявляли флуоресценцию в паттернах, отражающих экспрессию этих рецепторов.

Чен объяснил, что этот подход позволяет "наделить" мух новыми вкусовыми рецепторами. Например, можно экспрессировать рецептор капсаицина (активного компонента перца чили, который мухи не чувствуют) в нейроне глотки. Тогда капсаицин сможет активировать этот нейрон, и, искусственно активируя выбранные нейроны, можно заставить муху приближаться к определенной пище или избегать её.

"Крайне важно изучать эти нейроны, которые часто обходили вниманием в предыдущих исследованиях, потому что мы знаем, что пища должна проходить через глотку", — сказал Чен. — "Фокусировка только на внешних вкусовых органах, таких как ноги и крылья, может привести к неверным или неполным выводам. Наша работа предоставляет "дорожные карты" вкусовых органов глотки в модельной системе насекомых".

Теперь, имея генетические инструменты для манипулирования нейронами, исследователи планируют изучить роль отдельных нейронов глотки в пищевом поведении мухи.