Así se converte unha formiga obreira en raíña

Resumo gráfico / cell.com

“Os cerebros dos animais son plásticos; é dicir, poden cambiar a súa estrutura e función en resposta ao seu medio ambiente”, explica Roberto Bonasio, experto en bioloxía celular e do desenvolvemento na Facultade de Medicina da Universidade Perelman de Pensilvania.

Bonasio é autor dun artigo que baixo o título Kr-h1 maintains distinct caste-specific neurotranscriptomes in response to socially regulated hormones publicado na revista Cell, e no que se informa do descubrimento dunha proteína chamada Kr-h1 (homólogo 1 de Krüppel) responsable dunha complexa transición social na que as formigas da especie Harpegnathos saltator poden pasar de ser simples obreiras a un estado de raíña coñecido como "gamergate". Unha gamergate é unha formiga obreira que se desenvolverá como femia e que pode reproducirse sexualmente, é dicir, poñer ovos fertilizados. 

“Este proceso é crucial para a supervivencia destas colonias de formigas, pero ata o momento os mecanismos moleculares que o controlaban descoñecíanse completamente", continúa Bonasio. "De feito, este tipo de cambios tamén teñen lugar nos seres humanos; pense nos cambios de comportamento que teñen lugar durante a adolescencia. O que agora determinamos é que nas formigas da especie Harpegnathos saltator unha proteína chamada Kr-h1 é a encargada de frear a plasticidade do cerebro ao previr a activación xenética inapropiada".

Bonasio e os seus colegas querían comprender como a activación ou desactivación de certos xenes afecta á función e o comportamento do cerebro animal, algo para o que os adultos de Harpegnathos mostrábanse como candidatos idóneos de estudo, xa que poden pasar de ser obreiras a formigas reinas. Nunha comunidade de formigas, as obreiras manteñen a colonia atopando comida e loitando contra os invasores, mentres que a tarefa principal da raíña é poñer ovos. Con todo, as instrucións xenéticas que dan lugar a estes roles e comportamentos sociais tan diferentes son as mesmas en ambos os casos.

Para pescudar as alteracións moleculares subxacentes a este cambio de rol, o equipo de investigación, dirixido polos coautores do estudo Janko Gospocic e Karl Glastad, desenvolveu un método para illar as neuronas das formigas e mantelas vivas no laboratorio. Isto permitiu ao equipo explorar como respondían as células aos cambios na súa contorna, incluídos os niveis hormonais.

Entre os resultados dos experimentos, os autores atoparon que concretamente dúas hormonas, a hormona xuvenil e a ecdisona, presentes en diferentes niveis nos corpos tanto das obreiras como das gamergates, produciron patróns distintos de activación xenética nos cerebros das dúas castes. Con todo, a maior sorpresa de todas foi que ambas as hormonas influíron nas células activando unha soa proteína, Kr-h1.

"Esta proteína regula diferentes xenes nas obreiras e as gamergates e evita que as formigas realicen comportamentos ’socialmente inapropiados’", comenta Berger. "É dicir, requírese que Kr-h1 manteña os límites entre as castes sociais e para garantir que as obreiras continúen traballando mentres as gamergates continúan actuando como raíñas".

“Non anticiparamos que a mesma proteína podería silenciar diferentes xenes nos cerebros de diferentes castas e, como consecuencia, suprimir o comportamento antagónico en obreiras e gamergates”, especifica Bonasio pola súa banda. “Pensamos que estes roles asignaríanse en base a dúas ou máis factores diferentes, cada un deles só presente nun ou outro cerebro, con todo, Kr-h1 é o único factor implicado”, engade.

Os achados revelan roles importantes para as hormonas reguladas socialmente nas formigas e a implicación da xenética na capacidade dos cerebros dos animais para cambiar de caste social. “A mensaxe crave é que, polo menos nas formigas, múltiples patróns de comportamento especifícanse simultaneamente no xenoma e que a regulación xenética pode ter un gran impacto en que comportamento leva a cabo ese organismo”, explica Berger. “Noutras palabras, as partes tanto do Doutor Jekyll como do Señor Hyde xa están escritas no xenoma; todos poden desempeñar calquera dos dous roles, dependendo de que interruptores xenéticos estean activados ou desactivados".

Os investigadores cren que as implicacións do seu estudo poden ir moito máis alá da comprensión da plasticidade do comportamento en formigas e outros insectos. "É tentador especular que as proteínas relacionadas poderían ter funcións comparables en cerebros máis complexos, incluído o noso", aventura Bonasio. "O descubrimento destas proteínas podería permitirnos algún día restaurar a plasticidade dos cerebros que a perderon, por exemplo, cerebros envellecidos".

O descubrimento de que un só factor pode suprimir diferentes conxuntos de xenes e comportamentos en diferentes cerebros expón preguntas importantes sobre como se podería regular a función dual desta proteína e outras similares. En estudos futuros, os investigadores planean indagar no papel de Kr-h1 noutros organismos, e expresan que tamén lles gustaría explorar como o medio ambiente impacta na regulación xenética a nivel epigenético, a través da presenza ou ausencia de certas marcas químicas no ADN, e como isto, á súa vez, afecta a plasticidade e o comportamento do cerebro.

FONTE: Héctor Rodríguez/ nationalgeographic.com.es