Um nariz para os micróbios: como a fome sintoniza o cérebro
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Uma nova investigação da Fundação Champalimaud (FC) revela como a falta de apenas um aminoácido essencial pode alterar a expressão genética e os sistemas sensoriais do cérebro, levando os animais a procurar leveduras ricas em proteínas e bactérias intestinais que os ajudam a restabelecer o equilíbrio nutricional e a sobreviver em momentos de necessidade.
O queijo e o chocolate podem ter pouco interesse culinário para uma mosca da fruta, mas para uma mosca privada de nutrientes, o seu aroma esconde uma pista importante.
Carla Emilie Pereira
Pistas fermentadas
O queijo e o chocolate podem não ser tentadores para o paladar de uma mosca da fruta, mas para uma mosca esfomeada e carente de nutrientes, o seu cheiro transporta um sinal oculto. Quando privados de certos aminoácidos - os blocos de construção das proteínas - estes pequenos insectos desenvolvem um sentido de olfato surpreendentemente refinado que os ajuda a localizar não só a comida, mas também bactérias específicas que vivem em alimentos fermentados.
Há anos que os cientistas sabem que os animais sentem a falta de certos nutrientes e procuram ativamente alimentos para os compensar. O que ainda não está claro é como o cérebro traduz esta necessidade nutricional interna num impulso comportamental - como uma "necessidade" fisiológica se transforma num "desejo" sensorial. Esta foi a questão que motivou os investigadores do Laboratório de Comportamento e Metabolismo da FC, liderados pelo investigador principal Carlos Ribeiro, o autor sénior do estudo.
Uma história de dois genes
Os animais, incluindo os humanos, não conseguem produzir todos os aminoácidos de que necessitam. Os chamados aminoácidos essenciais (ou eAAs) devem provir dos alimentos. Se faltar um deles, a química interna do organismo altera-se drasticamente: a síntese proteica diminui, o metabolismo abranda e o cérebro desenvolve um apetite específico por alimentos ricos em proteínas.
Nas moscas da fruta, este comportamento é fácil de observar: se lhes for retirado um único aminoácido essencial da dieta, elas começam a procurar a levedura, a sua principal fonte de proteínas. Mas a equipa de Ribeiro queria saber o que se passava no cérebro para que esta mudança ocorresse.
Utilizando dietas sintéticas que careciam de um dos dez aminoácidos essenciais, os investigadores sequenciaram o ARN (ácido ribonucleico) das cabeças das moscas em onze condições diferentes - dez dietas carentes de aminoácidos e um controlo totalmente equilibrado. Isto permitiu-lhes seguir a forma como a expressão de milhares de genes se alterava consoante o aminoácido em falta.
Embora o comportamento das moscas fosse semelhante em todas as privações de aminoácidos, mostrando um aumento da vontade de se alimentar, cada privação tinha a sua própria "impressão digital" em termos de expressão genética", diz Gili Ezra-Nevo, o primeiro autor do estudo. "Mas, apesar dessas diferenças, alguns genes alteraram-se da mesma forma, independentemente do aminoácido em falta".
Entre essas alterações partilhadas, destacou-se um padrão: dois genes de receptores olfactivos, ambos envolvidos no olfato, foram consistentemente regulados positivamente em resposta à privação de aminoácidos. Estes genes - Or92a e Ir76a - tornaram-se a chave para compreender como o sentido do olfato das moscas é afinado para responder às suas necessidades.
A ligação da levedura: como o cheiro molda o sabor
O primeiro recetor, Or92a, já era conhecido por responder ao diacetilo - uma molécula que dá às pipocas com sabor a manteiga o seu aroma caraterístico e contribui para o cheiro do vinho e da cerveja. A levedura produz diacetilo durante a fermentação e, uma vez que a levedura contém todos os aminoácidos essenciais, faz sentido que este cheiro seja especialmente atrativo quando as moscas estão privadas de proteínas.
Quando os investigadores testaram moscas sem Or92a, os insectos ainda conseguiam localizar a levedura, mas alimentavam-se menos dela. "Conseguiam cheirar onde estava, mas não lhes sabia tão bem", explica Ezra-Nevo. "Isto porque o olfato não tem apenas a ver com a localização dos alimentos - também contribui para o sabor e para a avaliação da palatabilidade".
A equipa deu um passo em frente, utilizando uma estirpe mutante de levedura que não produzia diacetilo. O resultado foi o mesmo: as moscas tinham menos probabilidades de se alimentarem. A perda desse sinal olfativo chave perturbou o seu sentido de sabor, tornando a comida menos apelativa. Tal como os humanos perdem o apetite ou o prazer da comida quando têm o nariz entupido, as moscas dependem de uma estreita interação entre o olfato e o paladar para regular a alimentação.
"Neurónios de chocolate" no cérebro?
O segundo recetor, Ir76a, revelou-se ainda mais misterioso. Pesquisando na literatura sobre microbiologia e ciência alimentar, os investigadores descobriram que os alimentos fermentados, como o queijo e o chocolate, emitem um composto chamado PEA, que ativa o Ir76a.
Os testes mostraram que os neurónios olfactivos das moscas respondiam fortemente ao odor do chocolate, mas não ao do queijo. Terão encontrado "neurónios de chocolate" no cérebro? Não exatamente. Uma vez que as moscas não se alimentam normalmente de chocolate ou de queijo, a equipa foi mais a fundo e descobriu a verdadeira ligação: ambos os alimentos são fermentados por bactérias Lactobacillus e Acetobacter, que também produzem o mesmo composto.
"Foi aí que se deu o clique", diz Sílvia Henriques, a primeira autora do estudo. "As moscas não estavam a ser atraídas pelo chocolate em si - estavam a responder às bactérias que cresciam nesses alimentos. E essas bactérias são também residentes naturais do microbioma da mosca".
Quando os investigadores expuseram as moscas a bactérias Lactobacillus e Acetobacter vivas, os neurónios Ir76a responderam ainda mais fortemente. As experiências comportamentais confirmaram a ligação: as moscas privadas de aminoácidos aumentaram ativamente a sua alimentação em bactérias - mas apenas quando estas estavam vivas e metabolicamente activas. As bactérias mortas já não despoletavam a alimentação. Por outras palavras, as moscas procuravam as bactérias pelos seus benefícios metabólicos.
E quando a equipa eliminou o recetor Ir76a, as moscas perderam completamente o interesse, mesmo quando estavam privadas de nutrientes. "Esta foi a descoberta mais surpreendente", diz Ezra-Nevo. "Mostrou que o sentido do olfato das moscas estava literalmente sintonizado para detetar bactérias e que essa sintonização dependia do seu estado nutricional interno. A privação de aminoácidos não alterou apenas a atividade neural - alterou também os receptores que estavam a ser produzidos".
Aliados microbianos nas moscas - e em nós
Porque é que uma mosca procuraria bactérias quando os aminoácidos são escassos? Investigações anteriores tinham demonstrado que a alimentação com determinadas bactérias melhora a produção de ovos em moscas carentes de aminoácidos. Outros estudos revelaram que o microbioma intestinal pode aumentar a absorção de aminoácidos em condições de escassez de nutrientes, produzindo enzimas que decompõem as proteínas de forma mais eficiente.
"Seguindo o seu faro para as bactérias, parece que as moscas evoluíram para usar os micróbios como aliados, procurando parceiros que aumentem as suas hipóteses de sobrevivência quando desafiadas pela privação de aminoácidos", diz Henriques.
Os paralelos com os humanos são intrigantes. Muitas dietas tradicionais incluem alimentos fermentados - desde o kimchi ao iogurte e ao kefir - há muito apreciados pelas suas propriedades conservantes, mas uma parte subestimada do seu atrativo pode ser o facto de albergarem bactérias benéficas que ajudam a digestão e a absorção de nutrientes.
As descobertas sugerem que a nossa apetência por alimentos fermentados pode resultar, em parte, de uma lógica biológica antiga. Quando os nutrientes são escassos, o corpo parece sintonizar os seus sistemas sensoriais para localizar o que precisa - por vezes, detectando micróbios em vez de macronutrientes.
Sentidos em fluxo
Este estudo aborda uma questão mais vasta da biologia: a forma como os estados fisiológicos internos moldam a perceção e o comportamento. A ideia de que a fome pode alterar o processamento sensorial e a atividade neural não é nova, mas esta investigação vai mais longe - mostrando que, através de múltiplas privações nutricionais, certos receptores sensoriais são reprogramados a nível molecular para melhorar a aptidão física.
Por outras palavras, os cérebros das moscas não estão apenas a interpretar a fome - estão a alterar fisicamente a forma como sentem o mundo para a satisfazer. Embora muitas vezes pensemos nos sentidos como algo fixo, eles são, de facto, extremamente dinâmicos. O estudo do Laboratório Ribeiro mostra que quando as moscas têm falta de aminoácidos essenciais, sofrem alterações na expressão genética que as ajudam a detetar alimentos - ou micróbios - que podem resolver esse défice e ajudá-las a adaptar-se aos desafios nutricionais. É um exemplo notável de como o metabolismo, o cérebro e o comportamento podem estar profundamente interligados.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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