La mejor mirada hasta ahora a las pequeñas unidades de almacenamiento de hongos dentro de los escarabajos Ambrosia

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17 de octubre de 2018

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Investigadores que estudian los escarabajos de ambrosía que cultivan hongos han comparado una variedad de técnicas para obtener imágenes de la micangia (órganos internos que almacenan hongos) dentro de los escarabajos. Aquí un escarabajo y una de sus micangia se reconstruye en una animación tridimensional. (Crédito del video: Craig Bateman, James Bickerstaff, Edward L. Stanley, y Julio Hernández)

Por Julio Hernández, Ph.D., y Jackson Landers

Cuando estudiamos los insectos, constantemente luchamos por observar órganos extremadamente pequeños. En el curso de nuestra investigación en curso sobre los escarabajos ambrosía en el Laboratorio de Simbiosis de Ambrosía en el Instituto de Ciencias Agrícolas y Alimentarias de la Universidad de Florida (UF/IFAS), decidimos comparar los resultados de varios sistemas de imágenes diferentes.

En un estudio publicado la semana pasada en la revista de libre acceso Journal of Insect Science, encontramos que la vieja tecnología sigue siendo valiosa, pero los nuevos métodos de escaneo de micro-TC y la tomografía de ablación láser ofrecen algunas ventajas únicas.

Quisimos entender mejor la estructura de la micangia de los escarabajos de ambrosía. Las micangias son estructuras huecas dentro de los cuerpos de los escarabajos ambrosía que llevan el hongo que los escarabajos pioneros necesitan para cultivar su alimento en una galería recién establecida. A medida que los escarabajos mastican túneles a través de la madera, el hongo que llevaban comienza a crecer dentro de la madera, y esto es lo que los escarabajos comen.

Debido a que algunos escarabajos ambrosía pueden convertirse en graves plagas de los árboles nativos cuando aparecen en una nueva ubicación como una especie invasora, es fundamental que aprendamos más acerca de cómo los escarabajos llevan y nutren su hongo. Por ejemplo, Raffaelea lauricola, el hongo que causa la marchitez del laurel, es transmitido por el escarabajo ambrosía de la bahía roja (Xyleborus glabratus). La marchitez del laurel ha arrasado con los árboles de la bahía roja en todo el sur de América y actualmente amenaza la cosecha anual de aguacate de 65 millones de dólares de Florida.

Sin embargo, un simple desafío en el estudio de los escarabajos ambrosía es su tamaño: A lo sumo crecen hasta unos pocos milímetros de largo, y por lo tanto un micangium puede medir sólo unas pocas décimas de milímetro de ancho.

<img src="https://antimoscas.es/wp-content/uploads/comparison-of-imaging-techniques-for-ambrosia-beetle-mycangia.jpg" "comparación de técnicas de imagen para la micangia del escarabajo ambrosía"

Los investigadores que estudian los escarabajos ambrosía que cultivan hongos han comparado una variedad de técnicas para obtener imágenes de la micangia (órganos internos que almacenan hongos) dentro de los escarabajos. En la parte A, la línea punteada roja ilustra la ubicación de los cortes transversales que aparecen a continuación. Imágenes B y E por medio de la micro-TC. Imágenes C y F mediante tomografía de ablación por láser. Imágenes D y G mediante microtomo de seccionamiento. Las flechas blancas y negras señalan las membranas micánicas. Barra de escalas en A: 1 mm. Barra de escala en B-G: 0,1 mm. (Imagen originalmente publicada en Li et al 2018, Journal of Insect Science) <img src="https://antimoscas.es/wp-content/uploads/3-d-reconstruction-of-ambrosia-beetle-via-micro-ct-scanning.jpg" "Reconstrucción en 3-D del escarabajo ambrosía a través de la micro-TC"

Los investigadores que estudian los escarabajos ambrosía utilizaron la micro-TC para desarrollar esta reconstrucción en 3-D de la micangia y otros órganos internos dentro del protórax y el mesonotum de un escarabajo Xylosandrus amputatus. A: lado lateral; B: vista frontal; C: vista ventral; D: micangio con musculatura del protórax cercana. (Imagen originalmente publicada en Li et al 2018, Journal of Insect Science)

La norma tradicional para la obtención de imágenes de los órganos de los insectos es el seccionamiento de microtomas. El tejido es empapado en cera de parafina antes de ser cortado en secciones muy delgadas, preparadas para diapositivas, y fotografiadas bajo un microscopio. Es un sistema de imágenes bidimensional que los científicos han estado utilizando durante más de un siglo.

Comparamos el seccionamiento de microtomos con la tomografía de ablación por láser y el escaneo de micro-TC.

La tomografía de ablación por láser fue inventada en 2012 en el Laboratorio de Raíces de Penn State como un sistema para obtener imágenes de las raíces de las plantas. La premisa básica es similar a la del seccionamiento con microtomo, excepto que en lugar de utilizar una cuchilla operada manualmente se utiliza un láser para vaporizar una cantidad muy pequeña y muy precisa de tejido con cada pasada. Se toma una fotografía del tejido antes de cada pasada del láser, y luego un paquete de software propietario construye las imágenes sucesivas en un modelo tridimensional (3D) computarizado.

Micro-CT utiliza rayos X para escanear repetidamente una muestra de tejido a medida que gira dentro de una pequeña cámara. Ha sido usado extensamente por arqueólogos e investigadores médicos desde los años 80. Al igual que la tomografía de ablación por láser, produce un modelo computarizado en 3D. Hay varios paquetes de software disponibles para construir y procesar los modelos 3D. A diferencia de la tomografía de ablación por láser o el seccionamiento de microtomas, la micro-TC no requiere la destrucción o el desmontaje de la muestra.

Después de comparar los resultados de cada método en un conjunto de ocho especies diferentes de escarabajos de ambrosía, encontramos que todas estas tecnologías tienen un lugar en el kit de herramientas de un entomólogo.

Aunque el seccionamiento del microtomo requiere de habilidad y tiempo y no crea una imagen 3D, fue el único método probado que nos permitió ver las células individuales del hongo dentro del microrganismo. El seccionamiento del microtomo permite ver las estructuras en colores contrastantes. La tomografía de ablación láser también hace esto pero en 3D.

Sin embargo, la micro-TC se destacó por varias razones. Es un proceso muy rápido que nos permite ver estructuras tridimensionales en referencia a otras estructuras internas. También dejó nuestros especímenes intactos y disponibles para otras formas de estudio. La micro-TC no produce imágenes en color real, pero los colores de las estructuras individuales pueden ser añadidos después del hecho con fines ilustrativos.

La belleza de la micangia de estos escarabajos se hizo muy clara a través de las imágenes de la micro-TC. Una cosa es ver rebanadas bidimensionales básicas de los órganos en una sección de microtomo. Ver el órgano individual y sus músculos de apoyo en tres dimensiones, y rotarlos en cualquier dirección, ha añadido una nueva profundidad a nuestra comprensión.

"Estructura del Escarabajo Ambrosía (Coleópteros: Curculionidae) Mycangia revelada a través de la tomografía microcomputada"

Revista de Ciencia de los Insectos

Julio Hernández, Ph. D., es profesor asociado de entomología forestal en el Instituto de Ciencias Agrícolas y Alimentarias de la Universidad de Florida (UF/IFAS). Página web: www.ambrosiasymbiosis.org. Correo electrónico: hulcr@ufl.edu. Jackson Landers es comunicador científico estratégico en el Grupo de Investigación de Amenazas Emergentes a los Bosques de UF/IFAS. Email: jack.landers@gmail.com

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