Nella testa del moscerino

SCOPERTE – 21 milioni: è l’impressionante numero di immagini necessarie per ottenere, come ha fatto per la prima volta nella storia un’equipe dell’Howard Hughes Medical Institute (Virginia), la ricostruzione 3D del cervello di una drosofila.

La drosofila come modello sperimentale

La Drosophila melanogaster, conosciuta con il nome più umile di moscerino della frutta, è uno dei modelli sperimentali più utilizzati nel mondo della ricerca scientifica, e nel corso degli ultimi decenni ha permesso di raggiungere moltissimi risultati nell’ambito della biologia molecolare e della genetica. I perché di questo successo sono diversi: innanzitutto i costi bassissimi di mantenimento degli esemplari, che uniti alla velocità di riproduzione e all’alto tasso di prolificità di questa specie permettono di eseguire diversi esperimenti in un periodo molto breve (se paragonato, ad esempio, agli studi che utilizzano topi o altri mammiferi come modelli sperimentali). Inoltre questo piccolo insetto – così diverso dall’essere umano nell’aspetto esteriore – condivide con la nostra specie moltissimi geni, conservati perfettamente a livello evolutivo, che lo rendono un modello perfetto per lo studio di patologie e disturbi la cui origine è da cercare a livello microscopico.

La mappatura del cervello della drosofila

Non stupisce quindi che siano molte le linee di ricerca che cercano di migliorare ulteriormente la conoscenza relativa all’anatomia e alla fisiologia di questo piccolissimo ma al contempo importantissimo animale, soprattutto per quanto riguarda il suo sistema nervoso. Tra queste figura quella guidata dal neuroscienziato Davi Block, il cui gruppo ha sezionato un cervello di drosofila in oltre 7.000 fettine, per poi fotografarne la struttura, neurone per neurone, attraverso due potenti microscopi elettronici ad alta velocità. La tecnica utilizzata, chiamata microscopia elettronica seriale di scansione della blocco-fronte di taglio (SBEM), è tra le più avanzate nel campo dell’imaging: innanzitutto gli studiosi infondono nelle fettine di campione un mix di metalli pesanti, che si accumulano a livello delle membrane cellulare e delle sinapsi, delineando così ogni neurone e le sue connessioni. A questo punto il campione viene colpito da un fascio di elettroni, che lo attraversa incontrando resistenza solo nei punti in cui si sono accumulati i metalli, secondo un meccanismo di azione che ricorda molto quello dei raggi X.

“Il cervello di drosofila non era mai stato analizzato a un livello di risoluzione così alto – commenta Block, il cui lavoro è recentemente apparso sulle pagine della prestigiosa rivista Cell – e siamo ora in grado di studiare le connessioni esistenti tra i singoli neuroni”. In questo modo i ricercatori intendono analizzare in modo preciso le reti neurali che, nella drosofila così come in qualsiasi altro animale (essere umano compreso) sono alla base di determinati comportamenti.
In particolare, il team di Block ha identificato una struttura che sembra essere nevralgica nei processi mnemonici della Drosophila, all’interno del quale è stata osservata una tipologia di cellula nervosa finora sconosciuta: “I moscerini della frutta possono imparare e ricordare, ad esempio quali posti sono sicuri e quali pericolosi, e volevamo capire grazie a quali circuiti cerebrali ciò avviene”.

I ricercatori hanno tracciato il percorso di alcuni neuroni, chiamati olfactory projection neurons, che raggiungono questa struttura (denominata “mushroom body”, ossia “corpo a forma di fungo”). Nel fungo, questa popolazione neurale manda dei messaggi a un gruppo di neuroni chiamato cellule di Kenyon, che a sua volta dialoga con una controparte localizzata in un’area chiamata calice. Fino ad oggi le cellule del calice erano un’entità sconosciuta, ma grazie al minuzioso lavoro di microscopia del gruppo ricerca, ora sono ben caratterizzate, sia dal punto di vista anatomico sia da quello funzionale. “Ora sarà più facile capire come questi animali imparano, associando un determinato odore a una ricompensa o, invece, a una punizione” conclude Block.

Il cervello di drosofila contiene circa centomila neuroni, un numero certamente elevato ma che impallidisce di fronte ai miliardi di cellule che compongono il cervello umano. Tuttavia la strada verso una comprensione più profonda del comportamento, e delle sue alterazioni, sembra essere tracciata; più di 20 gruppi di ricerca stanno infatti già lavorando sull’innovativo dataset, sperando di caratterizzare i comportamenti più complessi del moscerino della frutta: dal volo ai rituali di corteggiamento, sorprendentemente elaborati per un insetto così minuscolo, ma che si conferma ancora una volta un ottimo punto di partenza per lo studio della complessità del cervello umano.

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