La importancia de los receptores en las abejas

Los receptores gustatorios (Grs) expresados en neuronas gustativas de insectos indican la presencia de carbohidratos, alcoholes de azúcar, Dióxido de Carbono, compuestos amargos y estimulantes de oviposición. La Apis mellifera tiene uno de los conjuntos de genes Gr más pequeños cuyo genoma ha sido secuenciado hasta el momento.

El sentido químico de gustación permite la identificación de alimentos, como así también evitar las toxinas. En los insectos, la evaluación preingestiva de los saborizantes se basa en un conjunto diverso de receptores gustativos (Grs) expresado a través de los tejidos quimiosensoriales, tales como los palpos labiales, antenas y tarsos. Estos receptores se encuentran en las membranas de las neuronas receptoras gustativas alojados en el pelo.

Todos los animales confían en sus sentidos químicos para evaluar el entorno externo dinámico. La gustación en particular les permite identificar posibles fuentes de alimento, ayudando a la selección eficiente de alimentos nutritivos y la detección y aversión por productos químicos nocivos, a menudo representados por un sabor amargo.

Para lograr la homeostasis nutricional, las respuestas apropiadas a los estímulos externos deben combinarse con la evaluación precisa del estado interno. Aunque se conoce de algunas proteínas y vías reguladoras asociadas con la regulación de la alimentación, por ejemplo, insulina-como péptidos (ILP) y las hormonas adipocinéticas, se está haciendo evidente que este importante mecanismo puede implicar adicionalmente receptores gustativos.

En la evaluación de la función Gr, la abeja ofrece una ventaja única al poseer uno de los repertorios de genes Gr más pequeños. Los Gr1 y Gr2 genes son capaces de codificar los receptores de azúcar.

A medida que las abejas obreras adultas envejecen, progresan a través de una serie de castas conductuales incluyendo enfermería, construcción de cera, vigilancia y, por último, forrajeo. La transición desde el momento de la eclosión a la alimentación se acompaña de una serie de cambios metabólicos, fisiológicos y de comportamiento.

Si bien los Grs son importantes para la detección de nutrientes sin importar la edad, las obreras en edad de forrajeo son más propensas a encontrar toxinas de las plantas. Las glándulas hipofaríngeas y mandibulares de las abejas forrajeras se enriquecen en las transcripciones de las enzimas de desintoxicación, los péptidos antimicrobianos y las respuestas inmunitarias, en comparación con las abejas enfermeras.

En el presente estudio, que nuestro medio presenta en versión periodística, se utiliza la PCR de transcripción inversa cuantitativa para medir la expresión de los 10 genes Gr descubiertos inicialmente a través de los tejidos de las abejas recién nacidas y las forrajeras. Además, se exploró el efecto de la restricción de la dieta y el consumo de hidratos de carbono en la expresión Gr después de observar la expresión interna y la aparente plasticidad.

Materiales y métodos

Se recolectaron a las abejas obreras que regresaban a una colmena situada al aire libre en la Universidad de Newcastle, Inglaterra.

Se recogieron las abejas recién emergidas (24 horas) de dos bastidores de cría tomadas de la colmena al aire libre y se almacenaron en una caja de malla en una incubadora a 34 grados. Las abejas fueron capturadas individualmente en viales de plástico y colocadas en hielo para anestesia en frío. Cuando las abejas dejaron de moverse, se diseccionaron bajo un microscopio de luz para la medición inmediata de la expresión del gen Gr (abejas forrajeras y recién emergidas), en tanto que aproximadamente 20 individuos (sólo forrajeras) fueron transferidos a jaulas de alimentación para ensayos de alimentación experimental.

Preparación del tejido cerebral de las abejas hambrientas

Después de la anestesia en frío, aproximadamente 60 abejas forrajeras fueron retenidas en una punta de pipeta modificada usando cinta adhesiva. Los sujetos se dejaron aclimatar a temperatura ambiente durante 20 minutos y después se alimentaron con sacarosa usando una jeringa. Después de la alimentación, las abejas permanecieron sin alimento durante 24 horas en una caja humidificada. Después de 24 horas, las abejas todavía vivas se enfriaron sobre hielo y el cerebro completo se diseccionó directamente en solución de TRIzol. Estas muestras de cerebro representaban la condición de “hambre”.

Preparación del tejido cerebral de las abejas alimentadas con azúcares específicos

Después de la anestesia en frío, las abejas forrajeras se colocaron inmediatamente en seis cajas de plástico y se dejaron recuperar a temperatura ambiente durante aproximadamente una hora sin acceso a los alimentos. Se añadieron soluciones experimentales y se colocaron las cajas en una habitación con temperatura controladas 34 ± 1ºC, 60 ± 5% de humedad relativa.

Las soluciones de alimentación se proporcionaron mediante tubos de microcentrífuga de 2 milímetros insertados horizontalmente.

Resultados

La principal diferencia en la expresión del gen Gr entre las abejas en los dos grupos de edad medidos fue la relativamente alta expresión de los genes en los cerebros de las forrajeras en comparación con los cerebros de las abejas recién emergidas.

Esta expresión Gr en el cerebro de las forrajeras es sorprendente, y se suma a la conocida serie de cambios fisiológicos y hormonales que acompañan a la transición de la colmena a la alimentación.

Este hallazgo podría indicar que las abejas forrajeras adultas perciben los nutrientes internamente, una idea que fue corroborada por la observación de que la expresión de Grs en el cerebro se ve afectada por el estado nutricional y la fuente específica de azúcar en la dieta.

Las abejas forrajeras tienen una alta tasa metabólica para mantener el vuelo y la concentración relativamente alta de azúcares y la cantidad de néctar que recogen les permite alimentar este rápido metabolismo.

Múltiples Grs internos pueden permitir a la abeja evaluar su estado nutricional interno más eficazmente, detectando diferentes azúcares en el intestino y/o hemolinfa y por lo tanto regular los niveles de energía a través del consumo de carbohidratos, con el fin de mantener el forrajeo.

La recolección y el consumo de carbohidratos es vital para la abeja. El néctar floral, la miel e incluso la hemolinfa de las abejas contienen frecuentemente altas concentraciones de carbohidratos.

La sacarosa es un disacárido de glucosa y fructosa y además la glucosa puede convertirse en fructosa a través de la vía poliólica.

Inesperadamente, los niveles de expresión de los ARNm de los receptores gustativos en las antenas de las abejas recién emergidas eran casi el doble de la expresión en las antenas de las forrajeras. Las abejas adultas experimentan diferenciación de tareas a medida que envejecen dentro de la colmena. Poco después de la emergencia, las obreras jóvenes adultas cuidan de la cría y la reina, incluyendo la producción de jalea real y la regulación de las temperaturas alrededor de la cría. La realización de tales tareas está fuertemente mediada por señales químicas y de feromonas que las abejas interpretan a través de la evaluación antenal. Un mayor nivel de expresión de Gr en las antenas de abejas recién emergidas puede promover una evaluación eficiente de la cría, en particular para la presencia de alimentos en las células larvales y el estado de alimentación larval.