Mangiare e bere

Segnali di fame

Young hungry crazy man holding a fork and a knife. Isolated on orange background.

Perché il cibo ha un odore così buono quando abbiamo fame?

Gli animali usano il loro senso dell’olfatto per navigare nel mondo, per trovare cibo, annusare i compagni e annusare il pericolo. Ma quando un animale affamato annusa cibo e un membro del sesso opposto allo stesso tempo, cosa rende la cena l’opzione più attraente? Che cos’è esattamente l’odore del cibo che dice “Scegli me?”

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La ricerca  della Harvard Medical School mette in luce la neurobiologia che sta alla base dell’attrazione del cibo e il modo in cui i topi affamati scelgono di prestare attenzione a un oggetto nel loro ambiente rispetto a un altro.

Nel loro studio, pubblicato il 3 marzo su Nature , Stephen Liberles e il coautore Nao Horio, hanno identificato il percorso che promuove l’attrazione per gli odori del cibo rispetto ad altri segnali olfattivi.

In una serie di esperimenti, i ricercatori si sono concentrati su una molecola di segnalazione chiamata neuropeptide-Y (NPY), secreta dai neuroni che regolano la fame in una regione del cervello nota come talamo, che regola una serie di funzioni fisiologiche, inclusa la trasmissione sensoriale informazioni alla corteccia.

“Si scopre che neuroni specifici ‘ascoltano’ lo stato di fame attraverso il rilascio di un neurotrasmettitore chiamato NPY nel talamo”, ha detto Liberles, professore di biologia cellulare presso il Blavatnik Institute dell’HMS e ricercatore presso l’Howard Hughes Medical Institute.

Decidere tra cibo e romanticismo

“Nei topi, sia gli odori del cibo che i feromoni sessuali sono attraenti, ma sono rilevanti per diverse pulsioni fisiologiche”, ha detto Horio, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Liberles. “Questo suggerisce che gli odori attivano circuiti neurali paralleli che sono modellati da necessità fisiologiche”.

Per individuare il percorso che consente a un topo di prendere decisioni basate sui bisogni, Horio ha costruito un esperimento. Per iniziare, ha messo i topi in un recinto con due porte per l’odore: una che emetteva l’odore del cibo per topi e l’altra che emanava feromoni da un topo del sesso opposto. Horio ha notato il tempo trascorso da un topo indugiando su ogni porto, con un tempo più lungo che indica la preferenza dell’animale.

I topi nutriti con la pancia piena hanno trovato gli odori del cibo e i feromoni altrettanto attraenti, ma i topi affamati hanno mostrato una forte preferenza per gli odori del cibo, hanno osservato gli scienziati. I topi nutriti che erano stati precedentemente esposti a un potenziale compagno hanno mostrato una netta preferenza per i feromoni sessuali, mentre i topi affamati no. Perché la fame ha cambiato la scelta?

Illuminando la chimica dell’attrazione alimentare

I neuroni nell’ipotalamo, una minuscola ghiandola a forma di mandorla sepolta in profondità nel cervello, emettono una molecola nota come peptide correlato all’aguti (AGRP). Questi neuroni sono noti per innescare la spinta al cibo. Per studiare l’effetto dei neuroni che secernono AGRP, i ricercatori hanno utilizzato una tecnica nota come optogenetica, che consente agli scienziati di accendere e spegnere i neuroni utilizzando la luce. Gli esperimenti hanno mostrato che anche negli animali nutriti, l’attivazione neuronale AGRP ha spinto i topi a studiare gli odori del cibo come se fossero affamati.

I neuroni AGRP hanno rami che si diffondono in lungo e in largo, quindi i ricercatori si sono chiesti quali aree del cervello fossero state stimolate. Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che sono stati attivati ??più terminali neuronali AGRP in tutto il cervello, ma solo i terminali situati in una regione nota come talamo paraventricolare hanno modificato la preferenza per l’odore del cibo. Quando lo fecero, i topi che non avevano fame furono attratti dal cibo. Al contrario, silenziare le proiezioni AGRP in quest’area del talamo ha diminuito l’attrazione dell’odore del cibo nei topi affamati.

“Questa osservazione ci ha portato a credere che la stimolazione persistente dei neuroni AGRP che si verifica durante il digiuno aumenti l’attrazione dell’odore del cibo segnalando continuamente i neuroni a valle”, ha detto Liberles.

L’ultimo ostacolo era identificare se qualcuno dei tre principali neurotrasmettitori rilasciati dai neuroni AGRP – AGRP, NPY e GABA – fosse necessario per l’attrazione dell’odore dipendente dalla fame e, in tal caso, quale.

Per scoprirlo, Liberles e Horio hanno ripetuto gli esperimenti con tre gruppi di topi, ognuno geneticamente modificato per non avere uno di questi neurotrasmettitori.

I topi affamati privi di AGRP e GABA sono rimasti attratti dall’odore del cibo. Tuttavia, gli animali affamati privi di NPY non erano più attratti dagli odori del cibo di quanto lo fossero dai feromoni. I topi knockout NPY, indipendentemente dal fatto che la loro pancia fosse piena o meno, hanno mantenuto un livello inferiore di attrazione per gli odori del cibo paragonabile alla loro attrazione per i feromoni. Inoltre, i topi privi di uno specifico recettore NPY, NPY5R, hanno perso anche l’attrazione dipendente dalla fame per l’odore del cibo.

Inoltre, dopo essere stati esposti a un compagno, i topi privi di NPY erano più attratti dai feromoni che dal cibo, una scoperta che suggerisce che meccanismi diversi dall’NPY sono coinvolti nel solleticare la risposta olfattiva ai feromoni, ha detto Liberles.

Lo stato di fame, suggerisce lo studio, avvia una complessa cascata di segnali che, rendendo appetitosi gli aromi del cibo, spinge gli animali a cercare nutrimento e rende il cibo un’opzione più attraente rispetto ad altre alternative. Gli esperimenti dimostrano che i segnali unificanti in questa cascata sono NPY e il suo recettore NPY5R. Andando avanti, la ricerca futura studierà come NPY agisce su alcuni circuiti olfattivi ma non su altri e come gli animali imparano ad associare gli alimenti a determinati odori.

“Sembra probabile che diversi neurotrasmettitori funzionino come riflettori per altre pulsioni comportamentali, con il talamo che funge da centralino che presta attenzione preferenziale agli input sensoriali sulla base del bisogno fisiologico”, ha detto Liberles.

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Il lavoro è stato sostenuto dalla borsa di studio del National Institutes of Health a SDL (R01 DC013289), una borsa di studio post-dottorato della Uehara Memorial Foundation, finanziamenti dalla Mishima Kaiun Memorial Foundation e dall’Howard Hughes Medical Institute.

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