Por qué los gusanos hambrientos se arriesgan

Por qué los gusanos hambrientos se arriesgan

Los científicos de Salk definieron el movimiento molecular que conecta el intestino con el cerebro con el comportamiento en modelos de gusanos, un mecanismo que también puede ocurrir en humanos.

LA JOLLA–Ya sea tomando decisiones precipitadas o sintiéndonos malhumorados, el hambre puede hacernos pensar y actuar de manera diferente, incluso “con hambre”. Pero se sabe poco sobre cómo las señales de hambre en el intestino se comunican con el cerebro para cambiar el comportamiento. Ahora, los científicos de Salk están utilizando gusanos como modelo para examinar los fundamentos moleculares y ayudar a explicar cómo el hambre hace que un organismo sacrifique la comodidad y tome decisiones arriesgadas para conseguir una comida.

Sus últimos hallazgos, publicados en PLoS Genetics el 5 de mayo de 2022, revelan que las proteínas en las células intestinales se mueven dinámicamente para transmitir señales sobre el hambre, lo que finalmente lleva a los gusanos a cruzar barreras tóxicas para alcanzar la comida. Mecanismos similares también pueden ocurrir en humanos.

“Los animales, ya sea un humilde gusano o un humano complejo, toman decisiones para alimentarse a sí mismos para sobrevivir. El movimiento subcelular de las moléculas podría estar impulsando estas decisiones y tal vez sea fundamental para todas las especies animales”, dice el autor principal. Sreekanth Chalasani, profesor asociado en el Laboratorio de Neurobiología Molecular de Salk.

Chalasani y su equipo usaron un pequeño gusano llamado Caenorhabditis elegans como modelo para determinar cómo el hambre conduce a cambios de comportamiento. Los investigadores crearon una barrera de sulfato de cobre, que es un conocido repelente de gusanos, entre los gusanos hambrientos y una fuente de alimento. Observaron que si los gusanos se privaban de comida durante dos o tres horas, estaban más dispuestos a atravesar la barrera tóxica en comparación con los gusanos bien alimentados.

Usando herramientas genéticas y técnicas de imagen, los investigadores investigaron las moléculas intestinales que podrían estar enviando señales al cerebro. Descubrieron que factores de transcripción específicos, proteínas que activan y desactivan los genes, cambiaron de ubicación en animales hambrientos. Normalmente, los factores de transcripción permanecen en el citoplasma de la célula y se mueven hacia el núcleo solo cuando están activados, de forma similar a como vivimos en casa pero vamos a la oficina a trabajar.

El equipo se sorprendió al descubrir que estos factores de transcripción, llamados MML-1 y HLH-30, regresan al citoplasma cuando el gusano tiene hambre. Cuando los científicos eliminaron estos factores de transcripción, los gusanos hambrientos dejaron de intentar cruzar la barrera tóxica. Esto indica un papel central para MML-1 y HLH-30 en el control de cómo el hambre cambia el comportamiento animal.

En un experimento de seguimiento, los investigadores también descubrieron que una proteína llamada péptido similar a la insulina INS-31 se secreta en el intestino cuando MML-1 y HLH-30 están en movimiento. Las neuronas en el cerebro, a su vez, fabrican un receptor que podría detectar las secreciones de INS-31.

En resumen: la falta de alimentos conduce al movimiento de MML-1 y HLH-30, lo que podría promover la secreción de INS-31. Los péptidos INS-31 luego se unen a los receptores en las neuronas para transmitir información sobre el hambre y generar comportamientos de búsqueda de alimentos riesgosos.

"C. elegans son más sofisticados de lo que creemos”, dice la coautora Molly Matty, becaria postdoctoral en el laboratorio de Chalasani. “Sus intestinos detectan la falta de alimentos y se lo informan al cerebro. Creemos que estos movimientos de factores de transcripción son los que guían al animal a tomar una decisión de riesgo-recompensa, como atravesar una barrera desagradable para llegar a la comida”.

A continuación, los científicos seguirán investigando la naturaleza dinámica de estos factores de transcripción y los mecanismos subyacentes. Con más trabajo, estos hallazgos podrían proporcionar información sobre cómo otros animales, como los humanos, priorizan las necesidades básicas sobre la comodidad.

Este trabajo fue apoyado por la Fundación Rita Allen, la Fundación WM Keck, los Institutos Nacionales de Salud (subvención R01MH096881), la Fundación Nacional de Ciencias (beca de investigación posdoctoral 2011023 y dos becas de investigación de posgrado), la Fundación Glenn y el Programa Sócrates (subvención NSF-742551).

Otros autores incluyeron a Hiu Lau, Jessica Haley, Anupama Singh, Ahana Chakraborty, Karina Kono y Kirthi Reddy de Salk; y Malene Hansen de Sanford Burnham Prebys.