Come il cervello odora

Studiando le predilezioni e le antipatie olfattive del moscerino della frutta, il neuroscienziato Chris Potter punta a capire come funziona il cervello umano.

Fruit Flies mating Immagine di moscerini della frutta che si accoppiano di Sarefo

Gennaio 2011- Dopo aver fatto sesso con lei, il moscerino della frutta maschio tampona la sua compagna con un feromone. Questa potente sostanza chimica, anche se invisibile al naso umano, è così ripugnante per le antenne della mosca che respingerà qualsiasi altro potenziale pretendente per ore.
L’aceto di sidro, d’altra parte, è così attraente per i moscerini della frutta che gli insetti si affrettano a raggiungerlo, anche se il viaggio finisce con il loro essere sottaceto.
Il neuroscienziato della Johns Hopkins Christopher Potter vorrebbe sapere come il cervello della mosca elabora tali informazioni olfattive. Più in generale, sta usando la mosca come modello per capire il funzionamento del cervello olfattivo umano. Nonostante la loro drammatica differenza di dimensioni, dice Potter, “il cervello della mosca e il cervello umano hanno praticamente la stessa architettura di base per rilevare gli odori. Una è una Pinto e una è una Rolls Royce, ma le parti di base sono le stesse”
Tuttavia, nel cervello, si sa poco dei neuroni che compongono quelle parti. “Sappiamo cosa fa il nostro naso ma non cosa fa il nostro cervello”, dice Potter, assistente professore di neuroscienze. “Non sappiamo come il segnale viene trasformato in disgusto o paura. Non sappiamo come vengono interpretate le informazioni”. Perché il profumo di una rosa viene registrato come un aroma dolce nel nostro cervello, mentre la spazzatura marcia viene registrata come, beh, marcia?
Un giorno nel suo laboratorio, Potter tiene un tubo di plastica trasparente alla luce per mostrare il cervello recentemente sezionato di un moscerino della frutta. Appena visibile, la forma piumata galleggia in un liquido trasparente. Sembra bianco e delicato come un fiocco di neve. Questo minuscolo cervello contiene circa 100.000 neuroni. Potter stima che circa 5.000 di questi siano dedicati all’olfatto. Per trovare queste risposte, Potter ha ideato un sofisticato set di strumenti genetici che gli permette di controllare e monitorare l’attività dei singoli neuroni nel cervello del moscerino della frutta. Il sistema comprende tre elementi genetici del fungo Neurospora che gli scienziati hanno clonato. Due degli elementi genetici possono essere usati insieme per “accendere” l’attività di altri geni. Un altro può essere usato per “spegnere” l’attività di altri geni. Con questa cassetta degli attrezzi genetica, dice Potter, lui e il suo team di ricerca possono manipolare i singoli neuroni e persino sopprimere del tutto la loro attività. Ha pubblicato una descrizione del sistema genetico nel 30 aprile 2010, Cell.

Il toolbox genetico, spiega Potter, può anche aiutarlo a iniziare a collegare i neuroni ai comportamenti. Se il neurone A viene messo a tacere, per esempio, una mosca può ancora rilevare una zaffata di aceto di sidro o di banana matura? Se il neurone B viene attivato, una mosca si ritrarrà ancora dall’odore del feromone della mosca della frutta? Rispondere a queste domande comporta la conduzione di test comportamentali, in cui le mosche sono poste in un ambiente con un profumo che la specie trova normalmente piacevole o repellente. In un test, per esempio, due tubi di vetro sono posti in un barattolo di vetro, con uno contenente un odorante, come l’aceto di sidro di mele o il feromone della mosca della frutta, e l’altro contenente una sostanza di controllo, come l’acqua. Speciali trappole coprono l’apertura di ogni tubo, permettendo alle mosche di entrare ma non di uscire. Durante un esperimento, le mosche sono collocate all’interno del barattolo e sono autorizzate a volare nel tubo di loro scelta.
Nei test che coinvolgono normali moscerini della frutta, la maggior parte degli insetti volerà in un tubo di aceto di sidro o eviterà un tubo di feromone. Ma se un esperimento che utilizza un gruppo di mosche geneticamente modificato produce un risultato diverso, questo è un indizio che il neurone in questione gioca un ruolo nella capacità della mosca di rilevare quel particolare odore.
Potter, che è entrato nel dipartimento di neuroscienze lo scorso marzo, sta ora costruendo l’apparato che utilizzerà per altri test comportamentali. Tale ricerca potrebbe produrre applicazioni pratiche, nota Potter. Imparare dettagli più sfumati sulla risposta del cervello della mosca ai vari odori potrebbe aiutare i produttori a progettare insetticidi superiori.
Più in generale, la ricerca potrebbe anche scoprire principi generali su come le informazioni vengono trasmesse nel cervello. “Non capiamo bene come il nostro cervello prenda le informazioni sensoriali e le traduca in una percezione”, dice Potter. “Questo è un modo per capire come lo fanno”. E il modo in cui la mosca elabora le informazioni sarà generalmente lo stesso di quello del topo o dell’uomo, aggiunge.
-Melissa Hendricks

Storie correlate:
Chris Potter sul moscerino della frutta Drosophila melanogaster è uno strumento eccellente per la ricerca genetica della funzione neuronale

Scienziati scoprono come i repellenti chimici fanno inciampare gli insetti

Quando le cellule olfattive falliscono, chiamano le riserve di cellule staminali