Quan en aquestes pàgines parlem de la mosca mediterrània de la fruita (Ceratitis capitata) ho fem habitualment sobre recerques en control de plagues. El cas és que de manera creixent hom l’utilitza com un model per a qüestions biològiques fonamentals. Hans-Georg Müller, professor del Department of Statistics de la University of California, Davis, ha impulsat una recerca sobre l’ús de perfils d’activitat diària d’aquestes mosques com a biomarcador d’envelliment i de longevitat. En un article publicat aquesta setmana a la revista Aging Cell, amb Han Chen com a primer autor, aborden la relació entre l’activitat, l’alimentació i la longevitat en femelles de C. capitata. La clau de l’estudi és la utilització de mètodes estatístics avançats procedents de l’anàlisi de dades funcionals. Chen et al. observen tres patrons diferenciats en els perfils d’activitat primerenca. Una dieta baixa en calories s’associa amb un endarreriment en el pic d’activitat, mentre que un dieta alta el fa aparèixer més aviat en la vida. L’edat de mort d’una mosca mediterrània de la fruita femella s’associa amb el seu perfil d’activitat primerenca. Així, una major activitat en l’edat primerenca s’associa amb un major risc de mortalitat. Aquestes mosques més actives també mostren un major contrast entre l’activitat diürna i la nocturna. La major longevitat l’assoleixen mosques alimentades amb una dieta calòricament intermèdia, que alhora tenen una activitat diària més uniformement distribuïda entre el dia i la nit i entre les primeres setmanes de vida. Pel que fa a l’activitat de l’etapa prèvia a la mort, Chen et al. distingeixen dos patrons: un caracteritzat per un declivi lent de l’activitat quotidiana i un altre en el que la mort és anunciada per un declivi sobtat d’activitat.
Chen et al. han elaborat un model predictiu de la longevitat individual de la mosca mediterrània de la fruita d’acord amb el seu perfil d’activitat en la primera etapa de la vida.
La mosca mediterrània de la fruita com a organisme model
Aquesta recerca fou concebuda per Hans-Georg Müller i per James R. Carey (professor d’entomologia a la UC Davis). La metodologia fou dissenyada per Han Chen i Müller. El programari fou desenvolupat per Chen i Müller. El disseny experimental fou a càrrec de Vassilis Rodovitis (del Departament de Producció Agrícola i Medi Rural de la Universitat de Tessàlia, a Volos) i Nikos Papadopoulos (professor d’entomologia aplicada a Volos). Rodovitis, Papadopoulos i Carey obtingueren les dades que foren després analitzades per Chen i Müller. La recerca es finançà amb projectes del Center for the Economics and Demography of Aging i de la National Science Foundation. El primer esborrany de l’article fou redactat per Chen i Müller.
Si pensem en un organisme model possiblement ens vingui al cap la mosca de la fruita Drosophila melanogaster (dípter de la família dels drosofílids). Però també la mosca mediterrània de la fruita, Ceratitis capitata (dípter de la família dels tefrítids) ha estat emprat com a organisme model en recerques bàsiques sobre envelliment i comportament. El comportament de la mosca mediterrània de la fruita inclou activitat general així com comportaments específics (senyals sexuals, comportament supí, menjar, reposar, dormir). Amb l’edat les mosques tornen menys actives (‘senescència funcional’).
Chen et al. fan ús d’un sistema avançat LAM25 que els permet observacions reiterades de l’activitat de mosques individuals durant les 24 hores del dia. El sistema cada vegada que una mosca creua una barrera, i genera un perfil d’activitat diària. Chen et al. modelen aquests perfils i la relació que tenen amb la longevitat eventual de cada individu. L’edat de la mosca es compta per dies, i de cada dia hi ha un registre d’activitat.
El sistema LAM25
El grup de Papadopoulos treballa amb una soca de mosca mediterrània de la fruita anomenada ‘Benakio’, que ha estat mantinguda en condicions de laboratori fa més de trenta anys. En aquestes condicions posen ous dels quals eclosionen larves que, després de mudes successives, es tanquen en una pupa de la qual emergeix l’adult. Mascles i femelles es distingeixen per l’aparell genital i, en aquesta recerca, femelles encara verges eren separades l’endemà d’emergir en tubs de vidre del sistema LAM25 de monitorització de l’activitat locomotora. En aquests tubs de 25 mm de diàmetre i 125 mm de longitud passaren la resta de la seva vida.
Cada tub comptava amb una sola mosca. Cada tub és irradiat amb tres anells de llum infraroja de forma que hi ha una monitorització en tres plans diferents (un al fons, un segon al mig i un tercer a dalt). Cada vegada que la mosca creua un raig infraroig es produeix una detecció, i així hom compte el nombre de creuaments per minut.
Dins del tub s’havia col·locat un gel consistent en sucre:llevat hidrolitzat:agar:nipagina:aigua (4:1:0,2:0,1:20). El contingut de sucre i d’hidrolitzat de llevat variava en tres dietes diferents:
– 50% del gel o dieta C-50, rica en calories.
– 20% o dieta C-20, de contingut calòric intermedi.
– 10% del gel o dieta C-10, de baix contingut calòric.
Cada quatre dies es canviava el gel del tub, car altrament s’hauria deshidratat massa. Cada dia s’examinaven els tubs i es comptaven les femelles que havien mort. Això es feia fins que morí la darrera femella.
En aquest experiment participaren un total de 96 femelles, cadascuna en el seu tub. 32 reberen la dieta C-10, unes altres 32 la dieta C-20 i unes altres 32 la dieta C-50.
Anàlisi de dades funcionals
De cadascun dels 96 tubs s’obtingueren dades d’activitat (creuament del monitor mitjà) per hora.
X (s,t) és el procés estocàstic avaluat amb funció dels dies d’edat (t) i de les hores de cada dia (s). Amb l’expansió de Karhunen-Loève, aquest procés es pot representar a través d’una anàlisi funcional de components principals. Aquests components representen les fluctuacions del procés al voltant de la funció mitjana. Chen et al. treballen amb els tres primers components principals.
En la modelització de la longevitat l’edat a la mort T s’intenta predir a partir de l’activitat diària X.
Perfil d’activitat i nivell calòric de la dieta
Les 96 mosques de l’estudi tendien a ser més actives i enèrgiques durant el període diürn (07:00-21:00). Eren menys actives durant la foscor, quelcom ja de ben conegut en aquesta espècie d’hàbits diürns.
Amb l’edat les mosques tendeixen a llevar-se més tard al dematí.
Les mosques que seguien una dieta calòrica baixa (C-10) mostraven un pic d’activitat relativament endarrerit. En canvi, les mosques amb una dieta calòrica alta (C-50) mostraven un pic d’activitat més primerenc (a 8 dies d’edat).
Com a edat primerenca es consideren els primers 32 dies de vida. Vora el 30% de la variació del model d’activitat d’aquest període s’explica per les tres primeres eigenfuncions. Hi ha un contrast entre els patrons d’activitat dels primers dies d’aquest període i els darrers. També n’hi ha un altre contrast entre el dia i la nit. La font predominant de variació és atribuïble a les mosques joves durant les hores diürnes.
Les mosques amb un baix nivell nutricional (C-10) tenen una activitat menys contrastada entre el dia i la nit, i un pic d’activitat més desplaçat a una edat més avançada. Els altres grups nutricionals (C-20 i C-50) fan un pic d’activitat abans, i és més fort el contrast entre l’activitat diürna i la inactivitat nocturna.
Activitat en els primers 32 dies de vida adulta i longevitat
Dels tres tractaments alimentaris és l’intermedi (C-20) el que s’associa a una major longevitat. Els patrons caracteritzats amb un alt nivell d’activitat i un major contrast entre l’activitat diürna i la inactivitat nocturna s’associen a un major risc de mortalitat, quelcom més notable entre els individus amb un tractament hipercalòric (C-50).
L’activitat prèvia a la mort
Chen et al. canvien ara la perspectiva. Per comptes de l’edat des de l’arribada a l’edat adulta ara compten l’edat tanatològica, és a dir els dies que retrospectivament li quedaven a cada mosca. Si hom analitza els darrers vuit dies de vida de les 96 mosques s’hi registra una caiguda en l’activitat diürna, la qual s’estreny més i més.
Hi ha dos patrons en aquest declivi, un de més progressiu i un altre de més sobtat.
Activitat i longevitat en la mosca mediterrània de la fruita
Els perfils d’activitat en els primers 32 dies de vida són un biomarcador de la longevitat que assolirà cada mosca. Com menys distribuïda sigui l’activitat al llarg d’aquests 32 dies i menys marcat sigui el contrast entre el dia i la nit, major tendirà a ser la longevitat.
Com que en aquest estudi s’han considerat únicament femelles verges, Chen et al. tenen la intenció d’estendre-ho a mosques femelles que s’hagin aparellat. Aquestes femelles emmagatzemen prou esperma del mascle com per anar posant ous en un tub de vidre ja isolades. Una altra línia seria fer experiments amb grups de mosques que coexistissin el mateix tub.
La mosca mediterrània de la fruita segueix un cicle vital que comença amb l’ovoposició sota la superfície de fruites. Les larves s’alimenten de l’interior de la fruita. El darrer estadi larvari emergeix de la fruita i fa la pupació en el sòl. Chen et al. pensen que tant interessant com estudiar els estadis preadults seria fer un estudi similar en un insecte hemimetabòlic (on larves i adults són més semblants morfològicament i etològica).
Lligams:
– Daily activity profiles over the lifespan of female medflies as biomarkers of aging and longevity. Han Chen, Hans-Georg Müller, Vasilis G. Rodovitis, Nikos T. Papadopoulos, James R. Carey. Aging Cell e14080 (2024).
Des de la Mediterrània 