Cartografían el cerebro completo de la mosca de la fruta

Aglutinados bajo el nombre FlyWire Consortium, investigadores de Reino Unido, Estados Unidos, Australia, Francia, Alemania, Israel, Corea, Filipinas, Polonia, Portugal, Puerto Rico, Suiza y Taiwán lograron, al cabo de cinco años de arduos trabajos, cartografiar por vez primera el cerebro completo de una mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) adulta.

Así pues, gracias a lo que ya se considera una nueva hazaña de la ciencia y la tecnología del siglo XXI, hoy se sabe que el cerebro de dicho insecto contiene 139 mil 255 neuronas y unos 130 millones de sinapsis las conectan entre sí.

“Lo que hicieron los neurobiólogos de FlyWire Consortium fue tomar el cerebro de una mosca hembra adulta, fijarlo y practicarle, con un cuchillo microscópico, cortes ultrafinos que arrojaron 7 mil trozos muy delgados, de más o menos unos 40 nanómetros de grosor. A continuación, cada uno de los cortes con muestras se vio al microscopio y se fotografió, y a partir de ese material, conformado por unos 21 millones de imágenes, se reconstruyó todo el cerebro de D. melanogaster”, explica Juan Riesgo Escovar, investigador del Instituto de Neurobiología, campus Juriquilla, de la UNAM.

En 2022, un grupo de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España cartografió el cerebro del nematodo Caenorhabditis elegans y concluyó que contiene 302 neuronas y 5 mil sinapsis; y hace poco más de un año, investigadores de Reino Unido y Estados Unidos hicieron lo mismo con el cerebro de la larva de D. melanogaster y observaron que alberga 3 mil 16 neuronas con 548 mil sinapsis.

“Sin embargo, en comparación con el cerebro de C. elegans y de la larva de la mosca de la fruta, el de un ejemplar adulto de D. melanogaster tiene varios órdenes de magnitud más; esto implica un cambio cuantitativo, es decir, está en otro rango”, indica el investigador universitario.

Principio universal

Los neurocientíficos y los biólogos siempre han querido saber cómo funciona el cerebro, el órgano más complejo que poseen casi todos los animales (incluidos nosotros, los humanos, claro), el cual controla sus acciones, reacciones, comportamientos.

“Con la cartografía del cerebro completo de la mosca de la fruta podremos empezar a entender cómo se conectan las neuronas entre sí, cómo se procesa la información desde que se perciben los objetos del exterior con los sentidos, qué pasa en el centro del cerebro, en las neuronas internunciales, y de qué manera redunda en una reacción que puede ser, por ejemplo, un cambio en el comportamiento”, agrega Riesgo Escovar.

La mosca de la fruta comparte con nosotros, los humanos, el 60 % de los genes, y tres de cada cuatro enfermedades genéticas –como el síndrome de Down– tienen una forma paralela en ese insecto. Incluso siente jet lag, de acuerdo con los científicos internacionales que mapearon su cerebro. Otras similitudes son que el café la mantiene despierta, da serenatas a quienes le representan intereses románticos, y tiene el gen del aprendizaje, además de que envejece como la gente. De ahí que, al entender su cerebro, podamos acercarnos más a la comprensión de especies más grandes y complejas, como la nuestra.

De acuerdo con el investigador de la UNAM, seguramente ya se están haciendo comparaciones más profundas entre lo que se conoce del cerebro del nematodo C. elegans, el cerebro de la larva de la mosca de la fruta y el cerebro de un ejemplar adulto de D. melanogaster.

“Con todo, sí se ve que la organización de cada uno de ellos es bastante semejante… Una cosa muy sorprendente es que la mayoría de las neuronas de la mosca de la fruta –algo así como el 85 %– tiene conexiones exclusivamente dentro de su cerebro. Y es probable que así suceda en nuestro caso. En suma, ese tipo de organización cerebral podría ser un principio universal”, señala Riesgo Escovar.

Por eso se piensa que la información aportada por el cerebro de la mosca de la fruta se podría aprovechar para complementar los estudios del cerebro humano, el cual, por cierto, contendría –se calcula– alrededor de 86 mil millones de neuronas (hay que tomar en cuenta que el de la mosca de la fruta tiene un volumen de menos de un milímetro cúbico, por lo que sus neuronas son más pequeñas que las del de un humano, que tiene un volumen aproximado de mil 350 centímetros cúbicos).

De lo que se trata no es tener sólo el número de neuronas, sino también el de sus prolongaciones y saber con cuáles otras se conectan; esto es lo que a final de cuentas nos dirá cómo están integrados los circuitos, cómo pasa la información de una a otra, qué tipo de señales se transmiten, entre otros datos

Conectoma

Una vez cartografiado el cerebro de D. melanogaster, la siguiente meta fue establecer el conectoma, o sea, ver cómo se conectan las neuronas entre sí. Esto también ya se logró; falta entender su funcionalidad.

“Porque de lo que se trata no es tener sólo el número de neuronas, sino también el de sus prolongaciones y saber con cuáles otras se conectan, a manera de una central telefónica. Esto es lo que a final de cuentas nos dirá cómo están integrados los circuitos, cómo pasa la información de una neurona a otra, qué tipo de señales se transmiten; y después, si éstas son inhibidoras o excitatorias, cuáles sinapsis se activan más y cuáles menos, etcétera. Todo este tipo de cuestiones puede hacer que varíe tanto la calidad como la fortaleza de la conexión entre una neurona y otra. Ahora bien, la idea es que los mismos principios que se vayan descubriendo y la misma tecnología utilizada se apliquen más adelante a otros cerebros, incluyendo los de diversos mamíferos y, con el tiempo, el del humano”, aclara el investigador.

Hecho seminal

Una de las grandes ventajas del trabajo llevado a cabo por los investigadores de FlyWire Consortium es que toda la comunidad científica lo puede consultar.

“Sí, un rasgo característico de los neurocientíficos que participamos en el estudio de la mosca de la fruta es que compartimos abiertamente nuestros resultados con todos. En cuanto a los investigadores de FlyWire Consortium, desde el comienzo subieron a la red las fotografías de los cortes del cerebro de D. melanogaster, y esto fue muy importante, porque muchos investigadores tienen la posibilidad de ayudar. Por ejemplo, uno puede decir: ‘Yo tomo este pedacito y lo estudio’, o bien descubrir un error en una conexión sináptica. De hecho, en una página de FlyWire Consortium que se llama Codex y que está alojada en la Universidad de Princeton hay más de 100 mil anotaciones hechas por otros especialistas que estuvieron al tanto de este trabajo. La intención es que la comunidad científica lo vaya afinando, revisando, corrigiendo, ya que es algo vivo.”

En opinión de Riesgo Escovar, haber concluido la cartografía del cerebro completo de la mosca de la fruta es un hecho seminal, un parteaguas en el campo de las neurociencias. “Creo que este trabajo va a dar pie a muchísimos otros avances que nos permitirán comprender mejor el sistema nervioso de todos los organismos, incluyendo el humano. Verdaderamente son muy buenos tiempos para las neurociencias”, finaliza.