Onderzoekers van de Universiteit van Californië, Riverside heeft een manier gevonden om smaakneuronen in de farynx (keel) van de gewone fruitvlieg te benaderen en te manipuleren die de verspreiding van aan muggen gerelateerde ziekten kunnen helpen beheersen, zoals dengue, malaria, gele koorts, en Zika-virus, en het verlies van gewassen als gevolg van landbouwongedierte te verminderen.

Bij insecten, smaakreceptoren worden gevonden in neuronen die aanwezig zijn in externe smaakharen op vleugels, benen en monddelen, evenals in interne smaakorganen in de keelholte. De meeste onderzoekers die smaak bestuderen, richten zich alleen op de externe smaakharen, echter, en kijk uit op de keelholte, die moeilijker toegankelijk is.

Anupama Dahanukar, een universitair hoofddocent moleculaire, cel, en systeembiologie, en Yu-Chieh David Chen, haar afgestudeerde student, waren in staat om de moleculaire identiteiten van faryngeale neuronen in de fruitvlieg te onderzoeken, een krachtig genetisch modelorganisme voor het bestuderen van insectengedrag, door de neuronen fluorescerend te maken. De fluorescentie hielp hen te begrijpen, op moleculair niveau, hoe de faryngeale neuronen waren georganiseerd.

"Met behulp van transgene vliegen, we waren in staat om de expressie van fluorescerende eiwitten te onderzoeken die zijn ontworpen om patronen van chemosensorische receptoren in faryngeale smaakneuronen in de vlieg te weerspiegelen en een nauwkeurige moleculaire kaart van deze organen te tekenen, wat nog niet eerder is gedaan, " zei Dahanukar, die het onderzoeksproject leidde. "We waren ook in staat om geselecteerde groepen van deze neuronen te manipuleren om erachter te komen of ze de vlieg informeren om bepaald voedsel te eten of om ze te vermijden."

Dergelijke genetische manipulatie van neuronen in insecten zou enorme toepassingen kunnen hebben bij het terugdringen van de verspreiding van door muggen overgedragen ziekten en het verminderen van schade aan gewassen door het voedingsgedrag van muggen en landbouwongedierte te beheersen, respectievelijk. Malaria alleen doodde ongeveer 438, 000 mensen in de wereld in 2015; bij benadering, Elk jaar lopen 3-4 miljard mensen het risico dengue of malaria op te lopen. Verliezen voor de Amerikaanse gewas- en bosproductie worden geschat op $ 40 miljard per jaar.

"De belangrijke rol die de faryngeale smaakorganen van een vlieg spelen bij het reguleren van de voedselkeuze, werd tot voor kort grotendeels ondergewaardeerd, " zei Michael Gordon, een universitair hoofddocent biologie aan de Universiteit van British Columbia, die niet bij het onderzoek betrokken was. "Anupama en David's zeer zorgvuldige en gedetailleerde kartering van specifieke faryngeale celtypen biedt belangrijke inzichten in de logica van chemische detectie in deze organen. Het biedt ook een kader voor een beter begrip van de complexiteit van de invloed van smaak op het gedrag van vliegen."

Studieresultaten verschijnen in Mobiele rapporten .

"De genetische toolkit die we hebben gedefinieerd, kan ons in staat stellen om geselecteerde klassen van faryngeale smaakneuronen te manipuleren en de gevolgen van deze manipulaties van verschillende functies te onderzoeken, ' zei Chen.

Chen en Dahanukar ontdekten ook dat de faryngeale smaakorganen van de vlieg enkele kenmerken delen met smaakharen op de uitwendige organen. Andere mogelijkheden, zoals co-expressie (of het ontbreken daarvan) van bepaalde receptoren, kan uniek zijn voor faryngeale organen.

"Er werd vermoed dat informatie van faryngeale organen anders zou kunnen worden geïnterpreteerd dan informatie afkomstig van externe organen, omdat neuronen van verschillende organen verbinding maken met verschillende circuits in de hersenen, " zei Dahanukar, een lid van het Institute for Integrative Genome Biology bij UCR. "Maar moleculaire verschillen tussen de twee suggereren dat de aard van de informatie ook anders kan zijn. Faryngeale organen kunnen chemicaliën anders bemonsteren dan externe organen of deze interne neuronen kunnen andere voedselattributen waarnemen, die de vlieg helpen beslissen of hij het wel of niet wil inslikken."

Om fluorescentie te bereiken in de faryngeale smaakneuronen van de vlieg, Dahanukar en Chen hebben twee transgene vliegen gedekt, waarbij één oudervlieg een GAL4-transgen heeft onder de controle van regulerende gebieden van verschillende chemosensorische receptoren en de andere ouder een UAS-GFP-transgen heeft. Toen de twee transgene vliegen paren, de faryngeale smaakneuronen van het nageslacht vertoonden fluorescentie in patronen die de expressie van die chemosensorische receptoren weerspiegelen.

Chen legde uit dat het UAS-GFP-transgen de expressie van het groene fluorescentie-eiwit mogelijk maakt, maar kan dit niet alleen bereiken. Om fluorescentie te genereren, een chemoreceptor-GAL4 is nodig om de genen stroomafwaarts van de UAS-sequentie aan te zetten.

"De reden dat we niet zowel GAL4- als UAS-transgenen in dezelfde vlieg introduceren, maar in plaats daarvan de GAL4- en UAS-transgenen scheiden in verschillende transgene vlieglijnen, is dat we deze vlieglijnen veelzijdiger willen maken voor combinatorische experimenten, "zei hij. "Denk aan capsaïcine, een actief bestanddeel van chilipepers dat vliegen niet kunnen proeven. Als we een capsaïcine-receptor in een faryngeale neuron van de vlieg tot expressie kunnen brengen met behulp van een bepaalde combinatie van chemosensorische-GAL4- en UAS-capsaïcine-transgenen, dan heeft dat neuron nu de receptor voor capsaïcine. Dit betekent dat capsaïcine dit neuron nu kan activeren. Op deze manier, we kunnen de vlieg elke smaakreceptor geven die we willen en het gedrag van de vlieg veranderen. Door selectieve neuronen kunstmatig te activeren, we kunnen ervoor zorgen dat de vlieg een bepaald voedsel nadert of ervan weggaat."

Op basis van hun locatie in het voedselkanaal, faryngeale smaakorganen zijn belangrijk geacht voor het beheersen van voedingsgedrag. Meer en meer studies geven aan dat faryngeale smaakneuronen en circuits belangrijke spelers kunnen zijn bij het voeden, honger, beloning, en geheugen.

"Het is cruciaal om deze neuronen te bestuderen, die in eerder onderzoek vaak worden omzeild, omdat we weten dat voedsel door de keelholte moet, "Zei Chen. "Alleen focussen op de externe smaakorganen, zoals de poten en vleugels, kan leiden tot onjuiste of onvolledige conclusies. Onze paper biedt wegenkaarten van faryngeale smaakorganen in een insectenmodelsysteem voor het onderzoeken van de rol van deze weinig bestudeerde neuronen bij het beheersen van voedingsgedrag."

Nu Dahanukar en Chen genetische toolkits hebben om vliegneuronen te manipuleren, ze zijn van plan om individuele faryngeale neuronen te bestuderen om volledig te begrijpen welke rol ze spelen in het voedingsgedrag van de vlieg.