Examinando a aquisição direcionada do fungo marionetista de moscas zumbis

O fungo marionetista tem como alvo a aquisição de moscas zumbis
Mosca-das-frutas com as asas levantadas e evidência de crescimento fúngico. Crédito: Carolyn Elya

Em um novo estudo publicado na eLifeA autora principal Carolyn Elya, pesquisadora de pós-doutorado no Departamento de Biologia Organísmica e Evolutiva de Harvard, revela os fundamentos moleculares e celulares por trás da capacidade do fungo parasita Entomophthora muscae (E. muscae) de manipular o comportamento das moscas-das-frutas.

Elya descreveu pela primeira vez o comportamento manipulado, chamado cume, em um estudar publicado em eLife em 2018. Elya, que estudava micróbios transportados por moscas-das-frutas enquanto estudante de pós-graduação na Universidade da Califórnia (UC) Berkeley, plantou frutas podres para capturar moscas-das-frutas silvestres.

Mais tarde, quando ela verificou se havia capturado algum, ela encontrou moscas zumbis, com um padrão de bandas em seu abdômen, que morreram em uma pose interessante. Por meio da extração e sequenciamento do DNA, Elya confirmou a causa suspeita, E. muscae.

O cume ocorre ao pôr do sol, quando as moscas infectadas sobem para um local elevado e estendem suas trombas até a superfície. Uma gota pegajosa que emerge da probóscide adere a mosca à superfície antes que as asas se levantem e se afastem do corpo e as moscas morram.

“A escalada é muito importante porque posiciona a mosca em um local vantajoso para que o fungo se espalhe para o maior número possível de hospedeiros”, diz Elya. “O fungo salta para o novo hospedeiro formando estruturas muito especializadas e temporárias que rompem a pele da mosca e lançam esporos no ambiente que duram apenas algumas horas. É um processo passageiro, então uma posição vantajosa é tudo para a sobrevivência .”

O fungo marionetista tem como alvo a aquisição de moscas zumbis
As moscas zumbis fazem sua pose final aderidas a uma cavilha de madeira. Crédito: Carolyn Elya

Enquanto estava na UC Berkeley, Elya desenvolveu um modelo de laboratório que ela chama de sistema de ‘mosca zumbi’ Entomophthora muscae-Drosophila melanogaster usando o isolado de fungo selvagem que encontrou em seu quintal. Com este sistema, Elya poderia infectar continuamente as moscas-das-frutas – um alimento básico de laboratório, bem como cultivar o fungo independentemente da mosca hospedeira em meios que imitam o ambiente interno da mosca.

Summiting apareceu várias vezes na literatura científica, mas os estudos foram apenas observações de moscas domésticas mortas. Ninguém jamais havia observado como as moscas se comportam em suas últimas horas de vida. Elya decidiu preencher essa lacuna de conhecimento sobre o que acontece quando as moscas chegam ao topo, desenvolvendo um ensaio comportamental de alto rendimento para rastrear automaticamente centenas de moscas infectadas. Ao usar esta plataforma para monitorar o comportamento de moscas que se tornam zumbis, ela se deparou com uma surpresa.

“Descobrimos que escalar não é escalar”, disse Elya, “na verdade, é essa explosão de atividade locomotora que começa cerca de duas horas e meia antes de as moscas morrerem”.

Com esta descoberta, Elya e os co-autores emparelharam seu sistema para criar moscas zumbis sob demanda com o poderoso kit de ferramentas genéticas da mosca-das-frutas do laboratório. Com isso e com o novo ensaio de comportamento do autor, eles puderam identificar genes e neurônios necessários para as moscas chegarem ao cume.

“No geral, descobrimos que os eixos hormonais das moscas estavam mediando o comportamento de cume. Quando silenciamos esses neurônios, as moscas eram muito ruins em escalar”, diz Elya. Esses neurônios enviam projeções para um órgão neurohemal que produz o hormônio juvenil, um hormônio conservado nos insetos. “Achamos que o fungo está realmente dirigindo a atividade desses neurônios para impulsionar a liberação desse hormônio, que está fazendo com que as moscas tenham essa explosão de atividade locomotora”.

O fungo marionetista tem como alvo a aquisição de moscas zumbis
Moscas zumbis fazem sua pose final no topo de um frasco. Crédito: Carolyn Elya

Elya e os co-autores foram então capazes de coletar um conjunto de dados comportamentais composto por centenas de moscas infectadas, que eles usaram para treinar um computador para identificar as moscas enquanto elas estavam chegando ao cume. Essa ferramenta classificadora permitiu à equipe descobrir que as células fúngicas invadem o cérebro da mosca de forma organizada, ocupando regiões específicas do cérebro durante o cume.

Curiosamente, a equipe também descobriu que a barreira hematoencefálica das moscas fica comprometida quando exposta ao fungo. Normalmente os neurônios são protegidos do sangue que circula pelo corpo da mosca. A quebra da barreira hematoencefálica tem consequências importantes para o que os neurônios estão sendo expostos, potencialmente permitindo que as coisas que estão circulando no sangue interajam com os neurônios no cérebro, fornecendo assim uma rota para modular a atividade neural.

“Achamos que isso pode ser importante para a maneira como o fungo está conduzindo mudanças comportamentais”, disse Elya, “e na verdade descobrimos que você pode extrair sangue de moscas que estão fazendo o comportamento de cume, colocá-lo em moscas ingênuas e conduzir alguns dos essa locomoção aumentada. Portanto, mostramos que há pelo menos a capacidade parcial de recapitular esse comportamento de cume apenas pela transferência de sangue de mosca.

Elya diz que esses experimentos mostram que alguns fatores transmitidos pelo sangue podem levar ao comportamento de cume, embora ainda não esteja claro qual é a identidade desses fatores ou quem os produz (o fungo ou a mosca).

Elya espera desenvolver transgênicos para ajudar a modular as coisas do lado do fungo, além das perturbações que já podem ser feitas nas moscas. “Ainda há muitas questões em aberto aqui”, diz ela, “o que o fungo está fazendo ainda é um mistério”.

Fornecido pela Universidade de Harvard


Source: Phys.org – latest science and technology news stories by phys.org.

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