Una nariz para los microbios: cómo el hambre sintoniza el cerebro
Una nueva investigación de la Fundación Champalimaud (FC) revela cómo la falta de un solo aminoácido esencial puede cambiar la expresión de los genes y los sistemas sensoriales del cerebro, impulsando a los animales a buscar levaduras y bacterias intestinales ricas en proteínas que les ayuden a restablecer el equilibrio nutricional y sobrevivir en tiempos de necesidad.
El queso y el chocolate pueden tener poco atractivo culinario para una mosca de la fruta, pero para una privada de nutrientes, su aroma esconde una pista importante.
Carla Emilie Pereira
Pistas fermentadas
Puede que el queso y el chocolate no tienten el paladar de una mosca de la fruta, pero para una mosca hambrienta y escasa de nutrientes, su olor es portador de una señal oculta. Cuando se les priva de ciertos aminoácidos -los componentes básicos de las proteínas-, estos diminutos insectos desarrollan un olfato sorprendentemente refinado que les ayuda a localizar no sólo alimentos, sino bacterias específicas que viven en alimentos fermentados.
Desde hace años, los científicos saben que los animales perciben cuando les faltan ciertos nutrientes y buscan activamente alimentos para compensarlos. Lo que no está claro es cómo traduce el cerebro esta necesidad nutricional interna en un impulso conductual: cómo una "necesidad" fisiológica se convierte en un "deseo" sensorial. Esta fue la pregunta que motivó a los investigadores del Laboratorio de Comportamiento y Metabolismo de la FQ, dirigidos por el investigador principal Carlos Ribeiro, autor principal del estudio.
Historia de dos genes
Los animales, incluidos los humanos, no pueden producir todos los aminoácidos que necesitan. Los llamados aminoácidos esenciales (o eAA) deben proceder de los alimentos. Si falta uno, la química interna del organismo cambia drásticamente: la síntesis de proteínas se detiene, el metabolismo se ralentiza y el cerebro siente un apetito específico por los alimentos ricos en proteínas.
En las moscas de la fruta, este comportamiento es fácil de observar: si se elimina un solo aminoácido esencial de su dieta, empiezan a buscar levadura, su principal fuente de proteínas. Pero el equipo de Ribeiro quería saber qué ocurría en el cerebro para que se produjera este cambio.
Utilizando dietas sintéticas que carecían cada una de uno de los diez aminoácidos esenciales, los investigadores secuenciaron el ARN (ácido ribonucleico) de las cabezas de las moscas en once condiciones diferentes: diez dietas privadas de aminoácidos más un control totalmente equilibrado. Esto les permitió seguir la evolución de la expresión de miles de genes en función del aminoácido que faltaba.
Aunque el comportamiento de las moscas era similar en todas las condiciones de privación de aminoácidos, mostrando un mayor deseo de alimentarse, cada privación tenía su propia "huella" en términos de expresión génica", afirma Gili Ezra-Nevo, primer autor del estudio. "Pero a pesar de esas diferencias, algunos genes cambiaban de la misma forma independientemente del aminoácido que faltara".
Entre esos cambios comunes, destacaba un patrón: dos genes receptores olfativos, ambos implicados en el olfato, aumentaban de forma constante en respuesta a la privación de aminoácidos. Estos genes -Or92a e Ir76a- se convirtieron en la clave para entender cómo el sentido del olfato de las moscas se ajusta a sus necesidades.
La conexión de la levadura: cómo el olfato determina el sabor
Ya se sabía que el primer receptor, Or92a, respondía al diacetilo, una molécula que confiere a las palomitas de maíz con sabor a mantequilla su aroma característico y contribuye al olor del vino y la cerveza. La levadura produce diacetilo durante la fermentación, y como la levadura contiene todos los aminoácidos esenciales, tiene sentido que este olor resulte especialmente atractivo cuando las moscas están privadas de proteínas.
Cuando los investigadores probaron moscas que carecían de Or92a, los insectos aún podían localizar la levadura, pero se alimentaban menos de ella. "Podían oler dónde estaba, pero no les sabía tan bien", explica Ezra-Nevo. "Esto se debe a que el olfato no sólo sirve para encontrar comida, sino que también contribuye al sabor y a la evaluación de la palatabilidad".
El equipo fue un paso más allá y utilizó una cepa mutante de levadura que no producía diacetilo. El resultado fue el mismo: las moscas tenían menos probabilidades de alimentarse. La pérdida de esa clave olfativa alteraba su sentido del sabor y hacía que la comida les resultara menos apetitosa. Al igual que los humanos pierden el apetito o el placer de la comida cuando tienen la nariz tapada, las moscas dependen de una estrecha interacción entre el olfato y el gusto para regular su alimentación.
¿"Neuronas de chocolate" en el cerebro?
El segundo receptor, Ir76a, resultó aún más misterioso. Buscando en la literatura sobre microbiología y ciencias de la alimentación, los investigadores descubrieron que los alimentos fermentados, como el queso y el chocolate, emiten un compuesto llamado PEA, que activa el Ir76a.
Las pruebas demostraron que las neuronas olfativas de las moscas respondían fuertemente al olor del chocolate, pero no al del queso. ¿Habían encontrado "neuronas de chocolate" en el cerebro? No del todo. Dado que las moscas no se alimentan normalmente de chocolate o queso, el equipo profundizó y descubrió la verdadera conexión: ambos alimentos son fermentados por bacterias Lactobacillus y Acetobacter, que también producen el mismo compuesto.
"Fue entonces cuando todo encajó", explica Sílvia Henriques, coautora del estudio. "Las moscas no se sentían atraídas por el chocolate en sí, sino por las bacterias que crecían en esos alimentos. Y esas bacterias también son residentes naturales del microbioma de las moscas".
Cuando los investigadores expusieron las moscas a bacterias vivas de Lactobacillus y Acetobacter, las neuronas Ir76a respondieron aún con más fuerza. Los experimentos de comportamiento confirmaron la relación: las moscas privadas de aminoácidos aumentaron activamente su alimentación con bacterias, pero sólo cuando éstas estaban vivas y metabólicamente activas. Las bacterias muertas ya no provocaban la alimentación. En otras palabras, las moscas buscaban las bacterias por sus beneficios metabólicos.
Y cuando el equipo eliminó el receptor Ir76a, las moscas perdieron totalmente el interés, incluso cuando estaban privadas de nutrientes. "Éste fue el hallazgo más sorprendente", afirma Ezra-Nevo. "Demostró que el sentido del olfato de las moscas estaba literalmente sintonizado para detectar bacterias, y que esta sintonización dependía de su estado nutricional interno. La privación de aminoácidos no sólo cambiaba la actividad neuronal, sino también los receptores que se producían".
Aliados microbianos en las moscas y en nosotros
¿Por qué una mosca buscaría bacterias cuando escasean los aminoácidos? Investigaciones anteriores habían demostrado que la alimentación con determinadas bacterias mejora la producción de huevos en moscas privadas de aminoácidos. Otros estudios han revelado que el microbioma intestinal puede potenciar la absorción de aminoácidos en condiciones de escasez de nutrientes mediante la producción de enzimas que descomponen las proteínas de forma más eficiente.
"Siguiendo su olfato hacia las bacterias, parece que las moscas han evolucionado para utilizar a los microbios como aliados, buscando socios que aumenten sus posibilidades de supervivencia cuando se enfrentan a la privación de aminoácidos", afirma Henriques.
Los paralelismos con los humanos son intrigantes. Muchas dietas tradicionales incluyen alimentos fermentados, como el kimchi, el yogur y el kéfir, apreciados desde hace tiempo por sus propiedades conservantes, pero una parte infravalorada de su atractivo puede ser que albergan bacterias beneficiosas que facilitan la digestión y la absorción de nutrientes.
Los resultados sugieren que nuestro apetito por los alimentos fermentados puede deberse en parte a una antigua lógica biológica. Cuando los nutrientes escasean, el cuerpo parece ajustar sus sistemas sensoriales para localizar lo que necesita, a veces detectando microbios en lugar de macronutrientes.
Sentidos en movimiento
Este estudio aborda una cuestión más amplia de la biología: cómo los estados fisiológicos internos influyen en la percepción y el comportamiento. La idea de que el hambre puede alterar el procesamiento sensorial y la actividad neuronal no es nueva, pero esta investigación va más allá y demuestra que, tras múltiples privaciones nutricionales, ciertos receptores sensoriales se reprograman a nivel molecular para mejorar la forma física.
En otras palabras, los cerebros de las moscas no sólo interpretan el hambre, sino que cambian físicamente su forma de percibir el mundo para satisfacerla. Aunque a menudo pensamos que los sentidos son fijos, en realidad son extraordinariamente dinámicos. El estudio del laboratorio Ribeiro muestra que cuando a las moscas les faltan aminoácidos esenciales, experimentan cambios en la expresión génica que les ayudan a detectar alimentos -o microbios- que pueden resolver ese déficit y ayudarlas a adaptarse a los retos nutricionales. Es un ejemplo sorprendente de lo profundamente entrelazados que pueden estar el metabolismo, el cerebro y el comportamiento.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Más noticias del departamento ciencias
