La calidad de los estudios nutricionales depende en gran medida de la pregunta de investigación abordada, el diseño experimental, la potencia estadística y la composición de las dietas experimentales. La gran mayoría de los estudios nutricionales en organismos modelo se han realizado en roedores de laboratorio, como ratones y ratas. Las necesidades de nutrientes de los roedores están relativamente bien establecidas, incluyendo la energía, los lípidos, los ácidos grasos, los carbohidratos, las proteínas y los aminoácidos, así como las vitaminas, los minerales y los oligoelementos.
La mosca de la fruta Drosophila melanogaster se ha utilizado ampliamente como organismo modelo robusto en genética, biología del desarrollo, envejecimiento y otras áreas de investigación biomédica durante un largo período de tiempo. Sólo recientemente los nutricionistas experimentales han empezado a considerar a Drosophila como un organismo modelo versátil en la investigación sobre alimentación y nutrición. Por lo tanto, no es de extrañar que los requisitos dietéticos de las moscas aún no se hayan afinado en la misma medida que los de los roedores de laboratorio. En lo que respecta a las dietas complejas de Drosophila, es interesante observar que en la literatura se han descrito muchas recetas diferentes para medios complejos.
En esta revisión, examinamos críticamente la variedad de dietas -incluyendo el estado preliminar de las dietas químicamente definidas- empleadas en la investigación de Drosophila. Además, señalamos que será necesaria una dieta estandarizada para implementar la mosca de la fruta como un prometedor organismo modelo en los estudios de interacción dieta-enfermedad.
Dietas experimentales en la investigación de Drosophila
Las dietas de Drosophila se formulan a menudo sobre la base de levadura, maíz, sacarosa y agar . Sin embargo, la composición de nutrientes puede variar sustancialmente entre estas recetas. Además, a veces se utilizan otros ingredientes como glucosa, cebada, soja, peptona y plátano. Las dietas también pueden diferir en cuanto a los conservantes para prolongar la estabilidad y la vida útil. La mayoría de las recetas incluyen tanto el éster metílico del ácido p-hidroxi-benzoico (nipagin) como el ácido propiónico; sin embargo, otras utilizan únicamente uno de estos conservantes, mientras que en algunos casos se añaden antibióticos como la penicilina-estreptomicina o una mezcla de ácido fosfórico-propiónico . Además, también se aplican en D. melanogaster las denominadas dietas altas en grasas y/o azúcares para inducir fenotipos diabéticos u obesos. Sin embargo, la composición de las dietas «altas en grasa» o «altas en azúcar» no está suficientemente definida, lo que complica de nuevo la comparación de los datos entre diferentes estudios y laboratorios. Por ejemplo, en algunos estudios se utiliza manteca de cerdo (normalmente un 15%) para inducir un fenotipo obeso, mientras que en otros se administra aceite de coco (aproximadamente un 20-30%). A este respecto, cabe destacar que estas dos grandes fuentes de grasa no sólo difieren sustancialmente en su composición, sino que también se observan variaciones relevantes entre diferentes lotes de manteca de cerdo y aceite de coco . La manteca de cerdo está compuesta por aproximadamente un 40% de ácidos grasos saturados, un 45% de monoinsaturados y un 15% de poliinsaturados, siendo los tres ácidos grasos dominantes el ácido palmítico, el ácido oleico y los ácidos esteárico y linoleico. En cambio, el aceite de coco contiene mayoritariamente ácidos grasos saturados (alrededor del 90%) y sólo cantidades menores de ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados (alrededor del 6% y el 2%, respectivamente). Se caracteriza por sus elevadas cantidades de ácido láurico, mirístico, cáprico y caprílico, que difieren significativamente de la manteca de cerdo.
Por otra parte, las dietas con alto contenido en azúcar comprenden cantidades variables de glucosa, fructosa o sacarosa, lo que complica las comparaciones entre laboratorios. Además, los protocolos de restricción energética, que se sabe que afectan a la vida y la salud de los organismos modelo, aún no se han estandarizado para la investigación experimental de D. melanogaster. Por ejemplo, en la mayoría de los estudios sobre moscas que se centran en la restricción dietética, la restricción de proteínas/aminoácidos se ha provocado mediante una reducción de la levadura, sin tener en cuenta que en la mayoría de las dietas de Drosophila la levadura es también la única fuente de otros nutrientes cruciales. Las diferencias en la composición de la dieta también pueden contribuir a la gran variación en los efectos observados de los miméticos de restricción energética sobre la vida y la salud en D. melanogaster . Para superar las limitaciones de las dietas complejas, se han llevado a cabo varios intentos de crear un medio semidefinido o totalmente definido para las moscas de la fruta . Piper y sus colaboradores han establecido una dieta vacacional para D. melanogaster. Esta dieta fílmica está totalmente definida en cuanto a su composición energética, de macro y micronutrientes. Lo más importante es que la dieta semisintética definida químicamente favorece el desarrollo de Drosophila, pero en comparación con las dietas complejas se caracteriza por una tasa de éxito significativamente reducida y un tiempo de desarrollo drásticamente prolongado. Además, la fecundidad de las moscas criadas en el medio fílmico se reduce considerablemente en comparación con los medios complejos. Se ha informado de limitaciones similares para otras dietas semidefinidas o totalmente definidas. Así pues, la dieta fílmica puede carecer de nutrientes aún no identificados que sí están presentes en las dietas complejas. En consecuencia, sólo unos pocos estudios abordan las necesidades exactas de ácidos grasos, vitaminas y oligoelementos de D. melanogaster. Por lo tanto, se necesitan futuros estudios que puedan mejorar la calidad nutricional de las dietas experimentales de D. melanogaster.
Fenotipado de Drosophila e interacciones dieta-enfermedad
D. melanogaster puede sufrir un fenotipado exhaustivo también en respuesta a factores dietéticos. Desde una perspectiva nutricional, la ingesta de alimentos, la elección de alimentos, la composición corporal, el gasto energético y la composición de la microbiota son lecturas importantes . Estas lecturas se complementan con otros ensayos funcionales como la actividad locomotora y el sueño, la cognición, la respuesta al estrés y a las infecciones, la duración de la vida y la fertilidad, dependiendo del entorno experimental. Así, al igual que en el caso de los ratones de laboratorio, se dispone de plataformas de fenotipado exhaustivas para las moscas de la fruta, como se resume en la Fig. 1.
La clínica de la mosca. El fenotipado exhaustivo en Drosophila melanogaster constituye la base de la clínica de la mosca, en la que se emplean modelos de Drosophila relacionados con enfermedades para estudiar las interacciones dieta-enfermedad
D. melanogaster permite también la posibilidad de realizar estudios en modelos relacionados con enfermedades. Así, se dispone de varios mutantes, así como de modelos transgénicos, que se asemejan en parte a las enfermedades crónicas prevalentes en el ser humano . De hecho, D. melanogaster se ha utilizado para estudiar patologías relacionadas con la función cerebral (patología A beta y tau, enfermedad de Parkinson, enfermedad de Huntington) , la función respiratoria (asma, enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC)) , la función motora (distrofia muscular, esclerosis lateral amilotrófica) ), la función renal (nefrolitiasis) , los trastornos intestinales , la diabetes y la función cardíaca (cardiomiopatía), así como los trastornos psiquiátricos (TDAH, alcohol y otras adicciones) .
Para estudiar estas enfermedades complejas y a menudo multifactoriales en la mosca de la fruta, se aplican dos enfoques diferentes en función de la propia naturaleza de la enfermedad: (i) Los modelos transgénicos heterólogos de D. melanogaster se emplean para estudiar proteínas patógenas clave que normalmente no están presentes en la mosca. Un ejemplo típico son los modelos de neurodegeneración, en los que, por ejemplo, se expresan en la mosca los genes de la enfermedad de Alzheimer humana (como la proteína precursora amiloide, los péptidos A-β o las proteínas tau), los genes de la enfermedad de Parkinson humana (α-sinucleína, parkina) o los genes de la enfermedad polyQ. Estos animales han sido analizados con éxito para evaluar los efectos biológicos y las vías implicadas en el proceso de la enfermedad . (ii) Los modelos de enfermedad de la mosca homólogos/análogos se utilizan para estudiar los genes de enfermedad conservados evolutivamente que se encuentran tanto en las moscas como en los humanos. Se ha calculado que aproximadamente dos tercios de los genes causantes de enfermedades humanas tienen un homólogo funcional en la mosca. Un ejemplo característico del segundo tipo de modelos de Drosophila que emplean homólogos funcionales de la mosca se encuentra en el campo de la investigación de las enfermedades pulmonares. La mayoría de los genes de susceptibilidad a enfermedades pulmonares complejas como el asma tienen homólogos en la mosca, y fue posible dilucidar el papel funcional del gen de susceptibilidad al asma ORMDL3 utilizando este enfoque. Nos gustaría enfatizar aquí que, aunque estos modelos de mosca pueden ser útiles para dilucidar información novedosa sobre los procesos genéticos y celulares fundamentales que subyacen a ciertas enfermedades, normalmente sólo son capaces de modelar ciertos aspectos de las mencionadas enfermedades humanas complejas y multifactoriales.
Los modelos de Drosophila que imitan a la enfermedad pueden ser sometidos a diferentes regímenes dietéticos para identificar las interacciones dieta-enfermedad. El objetivo final de estos estudios es la identificación de nutrientes o regímenes dietéticos que mitiguen o aceleren el proceso de la enfermedad. Las interacciones dieta-enfermedad ya se han investigado en un número limitado de estudios con moscas. Los modelos de la enfermedad de Parkinson se han empleado especialmente para identificar nuevos enfoques terapéuticos basados en nutrientes y dietas. En particular, se ha demostrado que factores dietéticos como el ácido ascórbico, los polifenoles, el disulfuro de alilo y el sulforafano, así como el zinc dietético, tienen efectos positivos en varios modelos de mosca de la enfermedad de Parkinson. Otros ejemplos son los estudios sobre el impacto de las dietas altas en azúcar o grasas en la salud del corazón. Las vías metabólicas y de señalización que regulan la fisiología del corazón de la mosca muestran un notable grado de conservación respecto al corazón humano. De ahí que se hayan utilizado mutantes y transgenes de los respectivos genes de Drosophila para investigar las canalopatías y cardiomiopatías. De forma similar a la situación encontrada en humanos, donde el síndrome metabólico se asocia con una mayor incidencia de cardiomiopatías, las dietas con alto contenido en azúcar o grasa provocaron un aumento de las arritmias y el deterioro del corazón de la mosca . Así pues, la combinación de plataformas de fenotipado exhaustivas con modelos de Drosophila relacionados con la enfermedad (en respuesta al factor dietético) sienta las bases para establecer la llamada clínica de la mosca (Fig. 1). Sin embargo, hay que tener en cuenta que los modelos de Drosophila relacionados con la enfermedad tienen méritos y limitaciones. Así pues, los estudios en Drosophila deberían verificarse en última instancia en otros organismos de creciente complejidad biológica, incluidas las especies de mamíferos.
