Reprograman con fármacos el comportamiento social de las hormigas

Actualizado 31/12/2015 19:59:41 CET

MADRID, 31 Dic. (EUROPA PRESS) -

Las colonias de hormigas carpinteras, distintas castas obreras llamadas menores y mayores exponen pronunciadas diferencias en el comportamiento social durante toda su vida.

En un nuevo estudio que se publica en 'Science', un equipo multiinstitucional de la Universidad de Pennsylvania, en Estados Unidos, encontró que estos comportamientos específicos de castas no están escritos en piedra, sino que el comportamiento social puede ser reprogramado, lo que indica que la composición epigenética de un individuo, no la genética, determina el comportamiento de las colonias de hormigas.

La epigenética es el estudio de los cambios estables, o persistentes, en la expresión génica que se producen sin alteraciones en la secuencia de ADN. Se ha observado que la regulación epigenética afecta a una variedad de rasgos distintos en animales, incluyendo el tamaño del cuerpo, el envejecimiento, y el comportamiento, pero hay una enorme brecha en el conocimiento sobre los mecanismos epigenéticos que regulan el comportamiento social.

Las hormigas proporcionan modelos ideales para estudiar el comportamiento social porque cada colonia se compone de miles de hermanas individuales --es célebre que la reina y todos los trabajadores son hembras-- con la composición genética casi idéntica, al igual que los gemelos humanos. Sin embargo, estas hermanas poseen rasgos físicos estereotipados distintos y comportamientos basados en castas.

En un estudio previo, los autores crearon los primeros mapas epigenéticos en todo el genoma de las hormigas, lo que reveló que la regulación epigenética es clave para distinguir a las mayores como los soldados "musculosos" de las colonias de hormigas carpinteras, frente a los menores, a sus hermanas, como "más inteligentes" y más pequeñas.

Las hormigas mayores tienen grandes cabezas y mandíbulas poderosas que ayudan a derrotar a los enemigos y procesar y transportar grandes alimentos, mientras las menores son mucho más pequeñas, superan en número de dos a uno a las mayores y asumen la importante responsabilidad de la búsqueda de alimentos y la contratación de otras hormigas para ayudar con la cosecha. En comparación con las mayores, las menores tienen genes implicados en el desarrollo del cerebro y la neurotransmisión que están sobreexpresadas.

En los nuevos hallazgos, un equipo de investigación interdisciplinario dirigido por el autor principal Shelley Berger, de la Escuela de Medicina Perelman en la Universidad de Pennsylvania, en colaboración con los equipos liderados por Juergen Liebig, de la Universidad Estatal de Arizona, y Danny Reinberg, de la Universidad de Nueva York, todas ellas en Estados Unidos, encontró que el comportamiento de forrajeo específico de casta se puede alterar directamente, cambiando el equilibrio de los productos químicos epigenéticos llamados grupos acetilo unidos a complejos de proteínas histonas, alrededor de las cuales las hebras de ADN se envuelven en un núcleo de la célula.

Para revelar este exquisito control, el equipo de científicos demostró que el comportamiento de búsqueda de alimento podría ser reprogramado utilizando compuestos que inhiben la adición o eliminación de estos grupos acetilo de las histonas (acetilación de histonas), a su vez, cambiando la expresión de genes cercanos.

"Los resultados sugieren que la maleabilidad de comportamiento en las hormigas, y probablemente otros animales, puede ser regulada de manera epigenética través de la modificación de histonas", afirma el autor principal, Daniel F. Simola, investigador postdoctoral en el Departamento de Biología Celular y del Desarrollo Penn.

La colaboración de casi décadas de entre los laboratorios de Berger, Liebig y Reinberg, apoyada por el Instituto Médico Howard Hughes, combinó la biología molecular con las observaciones de la conducta animal para entender cómo surgen las diferencias de las castas en las hormigas.

Las hormigas, así como las termitas y algunas abejas y avispas, son especies eusociales (o "verdaderamente sociales"). La investigación previa sugiere que la acetilación de histonas podría crear grandes diferencias en la expresión genética entre individuos genéticamente idénticos, lo que contribuye a las diferencias físicas en el tamaño corporal y la capacidad reproductiva entre las castas de hormigas.

El estudio actual amplía esta idea, mostrando que los comportamientos de casta también son regulados por los cambios epigenéticos en la acetilación de histonas. Para ello, el equipo utilizó el hecho de que la estructura de la cromatina --el enrollamiento del ADN alrededor de las proteínas histonas-- puede alterarse por la adición de grupos acetilo, que finalmente cambian la compactación del genoma.

Modificaciones como la acetilación de histonas permiten desenrollar el ADN, mientras que otras hacen que el ADN sea firmemente compacto e inaccesible a las proteínas que regulan la expresión génica. Saber que las modificaciones de las histonas se utilizan para establecer las características específicas de los diferentes tejidos dentro de un individuo llevó al equipo a preguntarse si las modificaciones de histonas también podrían ser utilizadas para crear diferencias en rasgos como el comportamiento social entre los individuos, sobre todo los mayores musculosos y los menores inteligentes.

DESCUBREN UNA 'VENTANA EPIGENÉTICA DE LA VULNERABILIDAD'

En el artículo de 'Science', el equipo alimentó a menores con un inhibidor químico que impide que las células eliminen grupos acetilo de las histonas. Este tratamiento mejoró el forrajeo y la exploración en busca de comida y, en consecuencia, provocó un aumento de la acetilación de histonas cerca de genes implicados en la actividad neuronal. A la inversa, la inhibición de la adición de grupos acetilo llevó a la disminución de la actividad de forrajeo.

En contraste con el impulso dramático en la búsqueda de alimento que se ve en las menores, la alimentación de las hormigas trabajadoras mayores con estos inhibidores causó poco o ningún aumento en la búsqueda de alimento. Sin embargo, el equipo encontró que la inyección directa de estos inhibidores epigenéticos en los cerebros de las mayores muy temprano elevó inmediatamente el forrajeo, alcanzando niveles que normalmente sólo se observan en menores.

Además, un sólo tratamiento con estos inhibidores fue suficiente para inducir y mantener la búsqueda de alimento similar a las menores en las mayores para un máximo de 50 días. Estos resultados sugieren que existe una "ventana epigenética de la vulnerabilidad" en el cerebro de hormiga jóvenes, que confiere mayor susceptibilidad a las manipulaciones ambientales, como con los inhibidores modificadores de histonas.

Berger señala que todos los genes conocidos por ser los principales reguladores epigenéticos en los mamíferos también están presentes en las hormigas, lo que hace de las hormigas "un modelo fantástico para el estudio de los principios de la modulación epigenética de la conducta e incluso la longevidad, porque las reinas tienen una vida útil mucho más larga en comparación con las trabajadoras mayores y menores".

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