Cercetătorii de la Stanford au „rescris” circuitele olfactive ale muștelor de fructe, schimbând comportamentul acestora

Cercetători de la Institutul Wu Tsai Neurosciences din cadrul Universității Stanford au realizat două studii publicate în revista Nature pe 19 noiembrie 2025, care demonstrează mecanismul prin care neuronii olfactiv din creierul muștelor de fructe își găsesc partenerii de conexiune. Echipa condusă de neurobiologul Liqun Luo a identificat rolul esențial al repulsiei chimice în procesul de potrivire sinaptică și a reușit să rescrie artificial aceste circuite, ceea ce a dus la schimbări măsurabile în comportamentul insectelor.

Deși ipoteza neurobiologului Roger Sperry din acum peste șase decenii sugera că neuronii se ghidează după etichete chimice de atracție, această idee nu explică complet complexitatea creierului, unde există prea multe neuronii pentru a fi ridicate doar de etichetele cunoscute. Într-un studiu anterior din mai 2025, publicat în Science, aceeași echipă a arătat că axonii – prolongamentele lungi și ramificate ale neuronilor – urmează traiectorii predefinite pentru a restrânge cercetarea. Cu toate acestea, fiecare neuron continua să aibă numeroase opțiuni potențiale de conectare. Muștele de fructe rămân subiecte ideale pentru astfel de experimente datorită structurilor lor nervoase relativ simple comparativ cu șobolanii sau oamenii.

În primul dintre studiile din Nature, intitulat „Repulsions instruct synaptic partner matching in an olfactory circuit”, cercetătorii s-au concentrat pe rolul respingerii în finalizarea potrivirii partenerilor. Co-autorul principal Zhuoran Li și colegii săi au analizat două tipuri de neuroni olfactiv care posedau aceleași etichete de atracție, făcând imposibilă diferențierea lor doar prin mecanismele de atragere. Utilizând baze de date de secvențiere ARNm la celulă unică, echipa a identificat trei gene care codifică etichete chimice necunoscute până atunci. Prin eliminarea (knockout) acestor gene, au provocat rescrierea circuitarilor: anumiți axoni, care în mod normal se conectau la un singur tip de neuron, începeau să se conecteze la ambele tipuri, sugerând că noile etichete acționează pentru a împinge anumite neuroni departe unul de celălalt.

A doua parte a cercetării a implicat o manipulare directă a genelor pentru a testa consecințele funcționale. Postdoctorandul Cheng Lyu, care a condus lucrarea împreună cu Li, a invocat proverbul lui Richard Feynman, „Ceea ce nu pot crea, nu înțeleg”. Modificările expresiei genice au fost realizate într-un tip specific de neuron olfactiv în trei moduri: crescând repulsia între partenerii obișnuiți, scăzând repulsia între partenerii noi și mărind atracția către partenerii noi. Aceste intervenții au dus la realinierea fizică a circuitelor creierului muștelor.

Schimbarea structurală a generat o schimbare comportamentală directă. Neuronul vizat are rolul natural de a-i descuraja pe masculi să se împerecheze cu alți masculi. Totuși, după modificarea artificială a circuitelor, masculii rescriși nu mai distinseau sexul partenerilor: aceștia au curățit atât masculi, cât și femela, au urmărit masculi și au vibrat aripile pentru a produce „cântece de împerechere”, demonstrând alte semne de încercare de împerechere.

Conform declarațiilor lui Liqun Luo, rezultatele reprezintă un pas important spre înțelegerea formării circuitelelor cerebrale. Deoarece echipa a reușit să controleze exact care neuroni se conectează și să observe efectul asupra comportamentului, mecanismul de conectare neuronală este acum cunoscut în detaliu pentru sistemul olfactiv al muștelor. Următorul pas al cercetării este explorarea altor varietăți de neuroni în tot creierul muștelor și evaluarea dacă aceste principii de „cablare” se regăsesc și în alte animale, cum ar fi șobolanii. Luo a caracterizat rezultatul ca fiind „o pietră de hotar importantă în partea unui singur circuit”, subliniind însă că întrebarea majoră rămâne dacă principiile descoperite se generalizează la alte sisteme. Nu există încă dovezi că același lucru poate fi realizat la oameni, având în vedere complexitatea mult mai mare a creierului uman.