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Decifrando a memória e aprendizagem das abelhas

Publicado em 24 outubro 2016

Além do seu reconhecido e eficiente papel como agente polinizador, as abelhas apresentam uma riqueza comportamental e uma impressionante capacidade cognitiva que cada vez mais têm fascinado pesquisadores. Abelhas são capazes de aprender diversas tarefas relacionadas a cores, formas e odores. A aprendizagem olfativa em abelhas, por exemplo, permite o estudo de memória associativa de curto e longo prazo sendo comparável a relatos já obtidos em vertebrados.

Atualmente, as abelhas têm sido utilizadas como modelos de aprendizagem e memória, destacando a sua utilidade para a neurociência, em particular para o melhor entendimento das bases da cognição.

O principal modelo para estes estudos é a Apis mellifera, pois apresenta um sistema nervoso estruturado de forma simples, com cerca de 950.000 neurônios. Pelo fato desta espécie já ter seu genoma sequenciado, isto a torna um bom alvo para estudos de proteômica o que possibilita e avançar no entendimento do funcionamento do cérebro destes insetos responsáveis pela polinização de 70% das culturas agrícolas no mundo. Embora as regiões do cérebro e os circuitos envolvidos no processamento de odores sejam bem caracterizados para abelhas, pouco se sabe a respeito das rotas metabólicas, proteínas e receptores envolvidos neste processo.

Na dimensão da conservação da biodiversidade, entender como as abelhas são capazes de reconhecer e aprender novos estímulos olfativos está diretamente relacionado, por exemplo, aos potenciais efeitos decorrentes da larga aplicação dos inseticidas agrícolas na a memória e aprendizagem das abelhas, e por conseguinte, os impactos em suas colmeias. Atualmente muito se comenta a respeito da síndrome do desaparecimento das abelhas, que aparentemente é de natureza multi-causal. A melhor compreensão sobre os mecanismos de aquisição de memória, em nível molecular, certamente irá permitir conhecer também as variáveis que afetam a consolidação e/ou perda desta memória.

Para falar mais sobre o tema, convidamos a doutoranda Anally Menegasso, do Programa de Ciências Biológicas da Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (UNESP – Rio Claro) e do Laboratório de Biologia Estrutural e Zooquímica para falar sobre a sua pesquisa “Uma abordagem neuroproteômica do cérebro de operárias de Apis mellifera africanizadas submetidas ao ensaio de reflexo de extensão de probóscide”. Seu projeto está vinculado ao Projeto Temático BIOprospecTA “Biologia de sistemas como estratégia experimental para a descoberta de novos produtos naturais na fauna de artrópodes peçonhentos do Estado de São Paulo“, coordenado pelo Dr. Mario Palma (UNESP – Rio Claro).

 

Boletim Biota Highlights – Como se estuda a memória das abelhas?

 

Anally Menegasso – As abelhas são consideradas organismos modelos para neurociência. Sua capacidade cognitiva extrapola em muito o senso comum em relação à habilidade cognitiva de insetos. Através de estudos realizados por nosso grupo de pesquisa, já mostramos que o estímulo olfativo apenas com sacarose (como encontrado em flores) age como um potente input, ativando diferentes rotas importantes neurologicamente. Resultados oriundos de uma recente e inovadora técnica de imageamento molecular por espectrometria de massas também nos mostraram que abelhas possuem uma lateralização cerebral no processamento de informações, ou seja, os lados direito e esquerdo são funcionalmente especializados, e não exatamente idênticos entre si.

No meu doutorado, estudo as mudanças bioquímicas que ocorrem no cérebro da abelha quando exposto a duas situações: um movimento involuntário e um estimulado. Para isso me baseio em um ensaio cognitivo amplamente aplicado ao estudo de memória e aprendizagem em abelhas (reflexo de extensão de probóscide ou REP). Probóscide é aquele prolongamento do aparelho bucal que funciona como sugador. O ensaio de extensão probóscide reflexo é frequentemente utilizado para o estudo da capacidade das abelhas para correlacionar um estímulo não-condicionado, com um estímulo condicionado (como um odor) para o estudo de memória e aprendizagem. O ensaio de REP vem sendo associado a vários estímulos condicionados permitindo o estudo de mudanças bioquímicas e genéticas que ocorrem no cérebro de abelhas sob estas condições, e que refletem os efeitos sinérgicos de ambas as manipulações com esses insetos (resposta a um estímulo condicionado e também a resposta a um estímulo não-condicionado). Pouca ou nenhuma informação estava disponível sobre as alterações bioquímicas estimuladas unicamente por um estímulo não-condicionado, como o REP. A partir disto, nossos estudos iniciais visaram a investigação das alterações proteômicas que ocorrem no cérebro de abelhas operárias submetidas a este ensaio. Foram identificadas uma série de processos metabólicos celulares que mostram que o estímulo olfativo recebido pelas abelhas durante o ensaio de REP (comportamento reflexo e inato) por si só já gera uma série de mudanças metabólicas no cérebro de operárias de A. mellifera, sendo responsável por acelerar o metabolismo energético cerebral.

Neste momento nosso projeto avança em direção ao estudo do mecanismo de memória e aprendizagem (por meio da associação de estímulo não-condicionado com um estímulo condicionado) e como os receptores nervosos/proteínas de membranas estão envolvidas neste processo. Para tal, uma parte fundamental do estudo vem sendo desenvolvida em colaboração com a Universidade de Viena sob supervisão do Prof. Dr. Gert Lubec. O estudo tem como objetivo principal a análise de proteínas de membrana/receptores nervosos envolvidos no processamento de estímulos olfativos, bem como no processo de aquisição de memória e aprendizagem. Os resultados preliminares são animadores, pois já identificamos mais de 500 receptores nervoso que serão de fundamental importância para a compreensão do sistema cognitivo desses insetos.

Os resultados obtidos até o momento provam que o estudo de abelhas é de fundamental importância para a compreensão do processo cognitivo, e que estes resultados podem ser aplicados a diferentes áreas do conhecimento, dentre elas a conservação de espécies nativas.

 

Boletim Biota Highlights – Como promover a integração e colaboração com outras pesquisas?

 

Anally Menegasso – Por ser um projeto multidisciplinar que vai desde apicultura e o estudo do comportamento em abelhas, até a o uso de espectrômetro de massas de alta resolução e softwares de última geração a equipe deve se manter sempre atualizada em termos de novas técnicas e diferentes aplicações analíticas de proteínas e seus metabólitos. O projeto também exige a colaboração com diferentes grupos de pesquisa em diferentes áreas do conhecimento. Neste sentido temos forte colaboração com o Laboratório de Ecotoxicologia e Conservação de Abelhas sob supervisão do Prof. Dr. Osmar Malaspina (UNESP Rio claro), bem como com o Laboratório do Professor Gert Lubec na Universidade de Viena. Além desses dois grupos de pesquisas também realizamos treinamentos com o Prof. Dr. Brian Smith da Universidade do Arizona (USA), especializado em comportamento de abelhas. Internamente nosso grupo de pesquisa busca se manter sempre atualizado e integrado fazendo com que aproveitemos ao máximo toda a infraestrutura e investimento fornecidos pelo projeto Biota. Manter os espectrômetros de massas em funcionamento é um desafio que aceitamos com garra e determinação.

A análise de dados representa atualmente o maior dos desafios, porque nossa abordagem é de biologia de sistemas, integrando dados de analises proteômica, neuropeptídômica, metabolômica, e genômica. Integrar todos os resultados obtidos (contendo terabits de dados) é um desafio não só para nosso grupo de pesquisa, como também para a ciência de uma forma geral. Os algoritmos vêm evoluindo rapidamente neste sentido, e descrever biologicamente os resultados está diretamente vinculado ao poder destes softwares em processar a enorme quantidade de dados. Neste sentido, grande parte do trabalho deve ser realizado manualmente ou até exige que nossos bioinformatas desenvolvam alguns algoritmos especializados para as análises que precisamos executar. Essa abordagem é única dentro do programa BIOprocpecTA. Existem outros grupos utilizando diferentes aspectos dessa abordagem, em plantas e microrganismos dentro do programa, mas não integrando tantas plataformas analíticas, como temos feito. Nesse sentido, estamos abertos ao estabelecimento de colaborações, usando nosso expertise, nossa infraestrutura,e nossa logística em Rio Claro, tanto para o estudo de abelhas (ou outro animal), como de plantas e/ou microrganismos. Um exemplo disso é a colaboração dentro do programa, com o grupo da Professora Maysa Furlan (Instituto de Química da UNESP, em Araraquara), em que tentamos reconstituir rotas do metabolismo secundário de plantas, à partir de dados proteômicos e metabolômicos.