Des chercheurs de l'Université de Californie, Riverside a trouvé un moyen d'accéder et de manipuler les neurones du goût dans le pharynx (gorge) de la mouche des fruits commune qui pourrait aider à contrôler la propagation des maladies liées aux moustiques, comme la dengue, paludisme, fièvre jaune, et le virus Zika, et réduire les pertes de récoltes dues aux ravageurs agricoles.

Chez les insectes, les récepteurs du goût se trouvent dans les neurones présents dans les poils externes du goût sur les ailes, pattes et pièces buccales, ainsi que dans les organes gustatifs internes du pharynx. La plupart des chercheurs qui étudient le goût se concentrent uniquement sur les poils gustatifs externes, cependant, et surplombe le pharynx, qui est plus difficile d'accès.

Anupama Dahanukar, professeur agrégé de moléculaire, cellule, et biologie des systèmes, et Yu-Chieh David Chen, son étudiant diplômé, ont pu examiner les identités moléculaires des neurones pharyngés chez la mouche des fruits, un organisme modèle génétique puissant pour étudier le comportement des insectes, en rendant les neurones fluorescents. La fluorescence les a aidés à comprendre, au niveau moléculaire, comment les neurones pharyngés étaient organisés.

"En utilisant des mouches transgéniques, nous avons pu examiner l'expression de protéines fluorescentes conçues pour refléter les modèles de récepteurs chimiosensoriels dans les neurones du goût pharyngé chez la mouche et dresser une carte moléculaire précise de ces organes, ce qui n'a pas été fait auparavant, " dit Dahanukar, qui a dirigé le projet de recherche. "Nous avons également pu manipuler des groupes sélectionnés de ces neurones pour déterminer s'ils informent la mouche de manger certains aliments ou de les éviter."

Une telle manipulation génétique des neurones chez les insectes pourrait avoir de vastes applications pour freiner la propagation des maladies transmises par les moustiques et réduire les dommages aux cultures en contrôlant le comportement alimentaire des moustiques et des parasites agricoles, respectivement. Le paludisme à lui seul a tué environ 438 personnes, 000 personnes dans le monde en 2015; approximativement, 3 à 4 milliards de personnes risquent de contracter la dengue ou le paludisme chaque année. Les pertes de la production agricole et forestière des États-Unis sont estimées à 40 milliards de dollars par an.

"Le rôle important que jouent les organes gustatifs pharyngés d'une mouche dans la régulation des choix alimentaires est resté largement méconnu jusqu'à récemment, " a déclaré Michael Gordon, professeur agrégé de biologie à l'Université de la Colombie-Britannique, qui n'a pas participé à la recherche. "La cartographie très minutieuse et détaillée d'Anupama et David de types de cellules pharyngées spécifiques offre des informations importantes sur la logique de la détection chimique dans ces organes. Elle fournit également un cadre pour mieux comprendre les complexités de l'impact du goût sur les comportements d'alimentation des mouches."

Les résultats de l'étude apparaissent dans Rapports de cellule .

"La boîte à outils génétique que nous avons définie peut nous permettre de manipuler des classes sélectionnées de neurones du goût pharyngé et d'examiner les conséquences de ces manipulations de diverses fonctions, " dit Chen.

Chen et Dahanukar ont également découvert que les organes gustatifs pharyngés de la mouche partagent certaines caractéristiques avec les poils gustatifs des organes externes. Autres caractéristiques, comme la co-expression (ou l'absence de celle-ci) de certains récepteurs, peut être unique aux organes pharyngés.

"Il a été suspecté que les informations provenant des organes pharyngés pourraient être interprétées différemment des informations provenant d'organes externes, parce que les neurones de différents organes se connectent à différents circuits dans le cerveau, " dit Dahanukar, membre de l'Institut de biologie intégrative du génome de l'UCR. "Mais les différences moléculaires entre les deux suggèrent que la nature de l'information pourrait également être différente. Les organes pharyngés peuvent échantillonner des produits chimiques différemment des organes externes ou ces neurones internes peuvent détecter d'autres attributs alimentaires, qui aident la mouche à décider de l'ingérer ou non."

Pour obtenir la fluorescence dans les neurones du goût pharyngé de la mouche, Dahanukar et Chen ont accouplé deux mouches transgéniques, avec une mouche parente ayant un transgène GAL4 sous le contrôle de régions régulatrices de différents récepteurs chimiosensoriels et l'autre parent ayant un transgène UAS-GFP. Lorsque les deux mouches transgéniques se sont accouplées, les neurones du goût pharyngé de la progéniture ont montré une fluorescence dans des motifs qui reflètent l'expression de ces récepteurs chimiosensoriels.

Chen a expliqué que le transgène UAS-GFP permet l'expression de la protéine de fluorescence verte, mais il ne peut pas y parvenir seul. Pour générer de la fluorescence, un chimiorécepteur-GAL4 est nécessaire pour activer les gènes en aval de la séquence UAS.

« La raison pour laquelle nous n'introduisons pas à la fois les transgènes GAL4 et UAS dans la même mouche mais séparons plutôt les transgènes GAL4 et UAS en différentes lignées de mouches transgéniques est que nous voulons rendre ces lignées de mouches plus polyvalentes pour les expériences combinatoires, " dit-il. " Considérez la capsaïcine, un composant actif des piments chili que les mouches ne peuvent pas goûter. Si l'on peut exprimer un récepteur de la capsaïcine dans un neurone pharyngé de la mouche en utilisant une combinaison particulière de transgènes chimiosensoriel-GAL4 et UAS-capsaïcine, alors ce neurone a maintenant le récepteur de la capsaïcine. Cela signifie que la capsaïcine peut maintenant activer ce neurone. De cette façon, nous pouvons donner à la mouche n'importe quel récepteur gustatif que nous voulons et modifier le comportement de la mouche. En activant artificiellement des neurones sélectifs, nous pouvons faire en sorte que la mouche s'approche d'un certain aliment ou s'en éloigne."

En fonction de leur emplacement dans le canal alimentaire, les organes gustatifs pharyngés ont été considérés comme importants pour contrôler les comportements alimentaires. De plus en plus d'études indiquent que les neurones et les circuits du goût pharyngé peuvent être des acteurs clés de l'alimentation, faim, récompense, et mémoire.

"Il est crucial d'étudier ces neurones, qui sont souvent ignorés dans les recherches précédentes, parce que nous savons que la nourriture doit passer par le pharynx, " dit Chen. " En se concentrant uniquement sur les organes gustatifs externes, comme les pattes et les ailes, pourrait conduire à des conclusions erronées ou incomplètes. Notre article fournit des cartes routières des organes du goût pharyngé dans un système modèle d'insecte pour sonder le rôle de ces neurones sous-étudiés dans le contrôle des comportements alimentaires. »

Maintenant que Dahanukar et Chen ont des outils génétiques pour manipuler les neurones des mouches, ils prévoient d'étudier les neurones pharyngés individuels pour bien comprendre leur rôle dans le comportement alimentaire de la mouche.