El Comportamiento Alimentario De Los Gusanos Puede Ayudar A Arrojar Luz Sobre La Función Del Corazón Humano

El comportamiento de alimentación en los gusanos podría arrojar luz sobre la función del corazón humano

Una reconstrucción 3D a partir de imágenes de microscopía electrónica de neuronas y otras células en la faringe anterior del nematodo C. elegans. La neurona M1, que controla el comportamiento de escupir recién descubierto, se encuentra en el centro. Cortesía de los investigadores

En un nuevo estudio de MIT Los investigadores revelan que una simple lombriz intestinal tiene la capacidad de escupir sustancias potencialmente mortales, un hallazgo que podría tener implicaciones sorprendentes para la investigación del corazón humano.

Probar y escupir alimentos tóxicos es un rasgo de supervivencia compartido por muchos organismos complejos. Para alimentarse, el gusano usa su faringe, una bomba muscular miogénica, que se contrae sin estimulación del sistema nervioso, que succiona rítmicamente las bacterias en su intestino. En un artículo publicado en la revista Current Biology, los investigadores identifican tres circuitos neuronales, dentro y fuera de la faringe, que hacen que el gusano deje de alimentarse y escupe en presencia de luz, que genera peróxido de hidrógeno mortal.

Identificar cómo las neuronas controlan la faringe, dicen los investigadores, podría mejorar la comprensión de los músculos miogénicos humanos, como el corazón y el estómago. Al igual que la faringe del gusano, el corazón humano, por ejemplo, bombea sustancias a través de tubos y depende de neuronas externas, desde el cerebro, para controlar la frecuencia cardíaca y otras funciones.

“Todos estos órganos [miogénicos] están bajo la influencia neuronal, y haber establecido lo que es probable que suceda en el gusano podría ayudarnos a comprender mejor cómo los sistemas nerviosos controlan nuestros órganos”, dice Nikhil Bhatla, postdoctorado en el Departamento de Biología del MIT y autor principal. del papel.


El nematodo C. elegans escupe después de la exposición a la luz (indicado por el cuadro blanco en la esquina superior derecha), que produce peróxido de hidrógeno mortal. Cortesía de los investigadores

Entre otras cosas, dice Bhatla, el comportamiento de escupir del gusano recuerda a las enfermedades valvulares del corazón, donde la sangre a veces se bombea en la dirección incorrecta. “Esto abre la pregunta: ‘¿Hay neuronas en el corazón que detecten los niveles de oxígeno, o ciertas hormonas u otras moléculas, y controlen cuándo se abren y se cierran las válvulas?’”, Dice.

Otros autores del artículo son H. Robert Horvitz, el profesor de biología David H. Koch, la técnica Rita Droste, el estudiante graduado Steve Sando y la ex alumna Anne Huang.

Encontrar la “respuesta de ráfaga”

En un estudio anterior, Bhatla y Horvitz descubrieron que los dos receptores moleculares del gusto GUR-3 y LITE-1 actúan en varias neuronas, incluida la neurona faríngea I2, para controlar la respuesta del gusano al peróxido de hidrógeno y otros compuestos de oxígeno reactivos dañinos producidos por la violeta. y luz ultravioleta. En un esfuerzo por reducir la exposición a los químicos tóxicos, el gusano inhibe la alimentación y evita esta luz alejándose.

Sobre la base de ese estudio, los investigadores, en este nuevo artículo, registraron la alimentación del gusano bajo una exposición prolongada a la luz. Al hacerlo, descubrieron una “respuesta de ráfaga”, en la que el gusano dejaba de alimentarse, pero luego comenzaba de nuevo en una ráfaga transitoria de actividad. Al acercarse, notaron burbujas que salían de la boca del gusano durante estas respuestas de explosión.

Para capturar mejor este fenómeno, conectaron una cámara de 1000 cuadros por segundo a un microscopio y vieron que las burbujas, de hecho, iban acompañadas de escupir bacterias ingeridas. Los científicos saben que otros nematodos escupen por otras razones, incluidos los gusanos parásitos que regurgitan sustancias en las plantas para licuar el contenido para la digestión, y los nematodos que matan insectos que vomitan patógenos en sus víctimas. “Pero nadie sabía que el simple gusano C. elegans podía escupir”, dice Bhatla. “Fue completamente inesperado”.

Normalmente, el gusano succiona fluidos hacia su faringe, cierra un filtro muscular cerca de su boca y expulsa los líquidos innecesarios, mientras retiene las bacterias ingeribles. Pero los investigadores creen que cuando el gusano prueba sustancias químicas nocivas, nunca cierra su filtro. “Y luego todo es expulsado de nuevo”, dice Bhatla.

Lo importante del asunto

C. elegans tiene solo 302 neuronas, 20 de las cuales se encuentran en la faringe. En comparación, se estima que el cerebro humano contiene más de 80 mil millones de neuronas. El número limitado de neuronas en C. elegans ha permitido identificar todas las conexiones neuronales mediante microscopía electrónica y cartografiarlas en el conectoma del gusano.

Para identificar las neuronas que controlan la ingesta de alimentos, los investigadores mataron las 20 neuronas faríngeas con un láser y encontraron que cuando se eliminó la neurona M1, el gusano dejó de escupir, lo que implica a esta neurona en el control de la escupir. Otros dos circuitos neuronales, encontraron los investigadores, el circuito I1 y el circuito I2 previamente identificado, inhiben la alimentación cuando se exponen a la luz al interrumpir el bombeo de la faringe.

Los investigadores creen que la neurona M1, que expresa el receptor LITE-1, detecta sustancias químicas nocivas y luego mantiene abierta la válvula del filtro del gusano para escupir por completo.

Los resultados, dice Bhatla, podrían indicar una nueva causa de regurgitación aórtica, una afección cardíaca en la que la sangre oxigenada fluye hacia atrás hacia el corazón, en lugar de hacia afuera, hacia el cuerpo; Las principales causas conocidas son la degeneración de las válvulas y la endocarditis, una inflamación del corazón. Pero si existen neuronas similares a la M1 del gusano en el corazón humano, dice Bhatla, esas neuronas podrían estar detectando estímulos dañinos en la sangre y diciéndole al corazón que mantenga las válvulas abiertas, quizás para evitar que las sustancias dañinas se propaguen.

“Si se confirma esta analogía, las terapias novedosas podrían proporcionar una alternativa a la cirugía para remediar la enfermedad cardíaca valvular al inhibir la función de tales neuronas”, escriben los investigadores en su artículo.

En otro hallazgo significativo, los investigadores descubrieron que la luz es detectada indirectamente fuera de la faringe por las neuronas RIP, que transmiten señales a las neuronas faríngeas I1 para inhibir la alimentación. Este circuito funciona de manera similar al sistema nervioso autónomo humano, donde las señales emergen del cerebro y viajan a través de la médula espinal para modular la frecuencia cardíaca, la digestión intestinal y otras funciones miogénicas.

El siguiente paso es estudiar más a fondo esta señal RIP-I1 y rastrear cómo otras neuronas faríngeas interactúan con neuronas adicionales en el gusano, con la esperanza de arrojar luz sobre cómo funcionan los sistemas autónomos humanos. “El gusano nos permite analizar cómo interactúan las neuronas individuales con un detalle tan fino que podríamos descubrir algo fundamental sobre los circuitos neuronales en general … y eso podría decirnos algo sobre estructuras similares en otros organismos, y sobre cómo tales estructuras pueden funcionar mal en la enfermedad, ”Dice Bhatla.

Chris Fang-Yen, profesor asistente de bioingeniería y neurociencia en la Universidad de Pensilvania que no participó en la investigación, califica el artículo como “un trabajo muy importante” en el campo.

Descubrir que la neurona M1 controla la escupida, dice Fang-Yen, resolvió dos misterios persistentes de su propia investigación sobre el comportamiento de alimentación del gusano. “Cada célula que miramos era excitadora para bombear en la faringe, con la única excepción de la neurona M1”, dice. “Así que siempre me pregunté qué hace la neurona M1 y qué [controla] la válvula del filtro, y esos dos misterios resultan ser lo mismo”.

Se necesita más investigación, agrega, para determinar si estos hallazgos realmente pueden arrojar luz sobre la función cardíaca humana. “Pero es divertido pensar en ello, seguro”, dice.

La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud.

Publicación : Nikhil Bhatla, et al., “Distintos circuitos neuronales controlan la inhibición del ritmo y el escupir por la faringe miogénica de C. elegans”, Current Biology, 2015; doi: 10.1016 / j.cub.2015.06.052

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