UNIVERSITY PARK, Pa. — Um parasita fúngico que infecta formigas e manipula seu comportamento para beneficiar a reprodução do fungo realiza este feito sem infectar o cérebro das formigas, de acordo com um estudo conduzido por pesquisadores do Estado de Penn.,em vez disso, Ophiocordyceps unilateralis sensu lato — um complexo de espécies às vezes chamado de “fungo de formigas zumbis” — envolve e invade fibras musculares em todo o corpo da formiga, e as células fúngicas formam uma rede 3-D que pode permitir-lhes controlar coletivamente o comportamento do hospedeiro, disseram os pesquisadores.pesquisas anteriores mostraram que este parasita específico da espécie controla o comportamento dos trabalhadores das formigas carpinteiras, obrigando-os a trepar vegetação e morder o lado inferior das folhas ou ramos, onde morrem., À medida que o fungo cresce no cadáver de formiga, produz um caule que se projeta da cabeça da formiga e descarrega esporos infecciosos no chão abaixo, onde podem infectar outras formigas forrageiras.,
“Para entender melhor como tais microbiana parasitas de controle de comportamento animal, nós olhamos para a célula nível de interação entre o parasita e seu carpinteiro-formiga host em um momento crucial no ciclo de vida do parasita, quando manipulado host que se corrige de forma permanente a vegetação por suas mandíbulas”, disse o autor principal do Maridel Fredericksen, ex-mestrado aluno em entomologia na universidade Penn State, agora doutorando na Universidade de Basileia, Zoologia, Instituto, na Suíça.,
” sabe-se que o fungo segrega metabolitos específicos dos tecidos e causa alterações na expressão do gene hospedeiro, bem como atrofia dos músculos da mandíbula do seu hospedeiro”, disse ela. O comportamento alterado do hospedeiro é um fenótipo estendido dos genes do parasita microbiano sendo expresso através do corpo do hospedeiro. Mas não se sabe como o fungo coordena estes efeitos para manipular o comportamento do hospedeiro.para investigar isso,a equipe de pesquisa infectou formigas com O. unilateralis S. L., ou com um generalista fungos patógenos, Beauveria bassiana, para distinguir entre os efeitos que são comuns a patogenicidade de fungos aqueles que são específicos para O. unilateralis s.l.
Usando o serial do bloco cara de varredura-mev, a equipe criou 3-D de visualizações para determinar a distribuição, abundância e interações dos fungos dentro dos corpos das formigas. Este uso da tecnologia representou um avanço no estudo deste sistema parasita-hospedeiro, de acordo com o autor sênior David Hughes, Professor Associado de entomologia e biologia, Penn State.,trabalhando com a co-autora Missy Hazen na instalação de Microscopia e Citometria dos institutos de Ciências da vida do Estado de Penn, os pesquisadores tiraram fatias de tecido a 50 nanômetros e captaram imagens de cada fatia, usando uma máquina que poderia repetir esse processo 2.000 vezes ao longo de um período de 24 horas.
“empilhando estas fatias, poderíamos reconstruí-las em 3-D, dando-nos uma visão ao nível de micron da interação entre o fungo e o hospedeiro, com resolução incrivelmente alta”, disse Hughes. “Esta é uma visão sem precedentes de como um manipulador controla seu hospedeiro.,”
para processar essa quantidade de dados, os cientistas então empregaram inteligência artificial (AI) e algoritmos de aprendizagem de máquinas para analisar as imagens.
“nossos colaboradores em Notre Dame foram capazes de usar o aprendizado profundo para treinar computadores para diferenciar entre células fúngicas e antinas para que pudéssemos determinar quanto do organismo é formiga e quanto é fungo”, explicou Hughes.,
Uma formiga manipulados pelos “zumbis formiga fungo” mordidas na parte de baixo de um galho — seu último ato antes de morrer e tornar-se uma plataforma para a reprodução de fungos.
“O desenvolvimento de tecnologia de ponta, profunda-o modelo de aprendizagem para a identificação de fungos e formigas células foi completa e de colaboração, trabalho em equipe,” disse Danny Chen, professora de ciência da computação e engenharia da Universidade de Notre Dame., “O grupo estatal Penn produziu muitos dados de imagem rotulados, que nosso grupo usou para treinar, testar e melhorar nosso modelo de rede neural profunda. Foi realmente incrível ver como biólogos e pesquisadores de IA trabalharam juntos para resolver este problema de forma tão eficaz.”
os resultados, publicados no Proceedings of the National Academy of Sciences, mostraram que as células de O. unilateralis S. L. estavam presentes em praticamente todas as regiões do corpo das formigas hospedeiras, incluindo na cabeça, tórax, abdome e pernas., Além disso, uma grande proporção dessas células fúngicas foram conectadas, sugerindo que elas formam uma rede para controlar o comportamento do hospedeiro coletivamente.”descobrimos que uma alta percentagem das células de um hospedeiro eram células fúngicas”, disse Hughes. “Em essência, estes animais manipulados eram um fungo em roupas de formigas.no entanto, embora as células fúngicas estivessem concentradas diretamente fora do cérebro, os pesquisadores não observaram células fúngicas dentro do cérebro.,
“Normalmente em animais, o comportamento é controlado pelo cérebro envia sinais para os músculos, mas nossos resultados sugerem que o parasita está controlando o comportamento do host perifericamente,” Hughes disse. “Quase como um titereiro puxa as cordas para fazer uma marioneta se mover, o fungo controla os músculos da formiga para manipular as pernas e mandíbulas do hospedeiro.embora o cérebro hospedeiro não seja invadido por células fúngicas, trabalhos anteriores mostraram que o cérebro pode ser quimicamente alterado pelo parasita, Hughes observou.,”nós hipotetizamos que o fungo pode estar preservando o cérebro para que o hospedeiro possa sobreviver até que ele realize seu comportamento Mordedor final — aquele momento crítico para a reprodução fúngica. Mas precisamos de realizar pesquisas adicionais para determinar o papel do cérebro e quanto controlo o fungo exerce sobre ele.outros pesquisadores no estudo foram Yizhe Zhang, Departamento de Ciência da Computação e Engenharia, Universidade de Notre Dame; Raquel Loreto, pós-doutorado em Entomologia, Estado de Penn; e Colleen Mangold, pós-doutorado em Bioquímica e biologia molecular, Estado de Penn.,a Fundação Nacional da ciência, os Institutos Nacionais de Saúde, O Comissao de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nival Superior-Brasil, e a Associação Americana do coração apoiaram este trabalho.