Under mer än 100 år har fruktflugan Drosophila melanogaster spelat en huvudroll i biomedicinsk forskning och avslöjat grundläggande principer för genetik och utveckling, belyst människors hälsa och sjukdomar och gett forskarna sex nobelpris hittills.

Varför fortsätter dessa flugor att locka till sig så mycket vetenskapligt intresse även om forskningsverktygen har blivit mer sofistikerade under årtiondenas lopp?

Få fler HMS-nyheter här.

Harvard Medicine News frågade den självutnämnda ”flugpersonen” Stephanie Mohr, docent i genetik vid Harvard Medical School och författare till boken First in Fly: Drosophila Research and Biological Discovery, att förklara.

Som chef för Drosophila RNAi Screening Center vid HMS hjälper Mohr fruktflugforskare med cellscreening, produktion av flugmaterial och bioinformatiska tjänster. Hon har också studerat fruktflugor i mer än 15 år.

HMN: Hur fick du din start som ”flugperson”?

MOHR: Jag studerade vid Wesleyan University i Middletown, Connecticut, och jag hade ett jobb som arbetsstudent som diskare för biologi och biokemi. Jag brukade sitta där och sätta en balja med tallrikar i autoklaven och ta ut dem och göra mina läxor under tiden. Jag var inte särskilt imponerad av fluglaboratoriet eftersom det alltid hade samma uppsättning tallrikar, dessa identiska flaskor i halvt pintstorlek som användes för att odla flugor. De andra laboratorierna hade gigantiska cylindrar och kolvar och bägare i olika storlekar. Det verkade vara en anledning att döma! Jag var nybörjare – vad visste jag?

Senare, på forskarutbildningen, kom jag inte in i det labb jag var mest entusiastisk över, så jag blev liksom lämnad i sticket. Jag frågade en instruktör om jag kunde göra en extra rotation i hans labb, som var ett fluglaboratorium. Det kändes som ett sista försök, men det visade sig vara en perfekt matchning intellektuellt sett. Det slutade med att han blev min doktorandhandledare, och jag har studerat flugor sedan dess.

HMN: Varför har så mycket forskning bedrivits på fruktflugor?

MOHR: Det är en del av en slump och väldigt mycket rationellt. Det finns ingen särskild anledning till att det måste vara den här flugan, men det faktum att Drosophila melanogaster slog igenom har gett ett antal strategiska fördelar.

Vid jämförelse med människor har den en enkel arvsmassa med endast fyra kromosompar. Under de första åren var det en betydande fördel. Dessutom har vissa flugvävnader mycket polyploida kromosomer – många kopior av kromosomer inom en enda cell – vilket, även med mikroskopin i början av 1900-talet, lät de tidiga genetikerna se saker som de inte kunde se i vanliga celler. De kunde bokstavligen se något som en inversion i DNA:t, där en bit av en kromosom har vänds om. Det var också en stor sak för forskningen.

En av de mest spännande saker som vi har lärt oss under den postgenomiska eran är hur otroligt bevarade gener och vägar och genetiska aktiviteter som kontrollerar fenomen på organismnivå är i olika organismer. I början spelade det ingen roll hur mycket flugor liknade människor, eftersom vi lärde oss något användbart på en grundläggande nivå om hur arv fungerar. Nu har vi insett hur många likheter det finns och hur dessa likheter kan utnyttjas för att lära oss mer om människors hälsa och sjukdomar.

Och sedan på en praktisk nivå: Drosophila har en kort livscykel på ungefär två veckor, och honorna har många avkommor – de kan lägga hundratals ägg på några dagar. Båda dessa egenskaper gör dem till ett utmärkt system för genetiska experiment. De är också lätta att odla i labbet, de lever av en blandning av majsmjöl, socker och jäst, och det är lätt att skilja hanar från honor.

HMN: Vad har fruktflugor lärt oss om genetik och biologi?

MOHR: Den fullständiga listan skulle bli mycket lång! Tidigt var flugan mycket relevant för att få en förståelse för arvsmekanismer. Ett annat område där flugor har haft en fantastisk inverkan är utvecklingsbiologi och signaltransduktion, eller hur celler tar emot och svarar på meddelanden. En del av det arvet finns kvar i de namn som vi har gett signalvägar hos människor, till exempel Notch, som har fått sitt namn efter det inskårade mönster som en mutation av genen kan skapa på flugornas vingar. Flugorna har lärt oss vilka komponenterna i många signalvägar är, hur de är kopplade till varandra och vad som påverkar dem positivt och negativt.

Ett häftigt exempel på specifika signaler är den plana cellpolariteten. Det är en ganska lång mun, men det hänvisar bara till celler på en plan yta som har en polaritet, en riktning. Om du tittar på din underarm ser du små hårstrån, och de flesta pekar i samma riktning. Det skulle inte vara någon stor sak på din arm om några få pekade åt olika håll, men i något som innerörat gör dessa orienterade projektioner det möjligt för oss att höra. Det tidiga arbetet med att avslöja hur polaritet etableras över ett plan av celler gjordes i Drosophila.

I samband med detta har Drosophila haft en djupgående effekt på vår förståelse av normal utveckling, där man måste tala om för cellerna att de ska dela sig, sedan sluta dela sig och sedan anta en identitet. Detta slutar med att ha en enorm inverkan på vår förståelse av cancer, där alla dessa samma typer av saker har gått fel. Det finns ett direkt samband, enligt min mening, mellan arbetet med flugans utveckling och vad vi nu vet om cancer och cancerbehandlingar som verkar på dessa vägar.

Det finns så många fler exempel på vad vi har lärt oss av Drosophila, t.ex. hur flugorna hjälpte oss att inse att röntgenstrålar är potenta mutagena ämnen, att upptäcka de cellulära mekanismerna för medfödda immunsvar, att förstå beteendets genetik – och listan kan göras lång. Jag skulle inte kunna få plats med alla exempel ens i den här boken.

HMN: Fruktflugor är uppenbarligen inte människor. Hur användbara är de för att förstå människors hälsa och sjukdomar?

MOHR: Det finns två svar jag skulle vilja ge. Det ena är grundläggande förståelse. Om man vill veta vad alla delar gör är det lättare att börja med en enklare modell. När man väl har identifierat vad en gen gör i en organism, vilket vi relativt enkelt kan göra i flugor, kan man leta efter liknande gener i mer komplexa organismer och göra rationella hypoteser om deras aktivitet. Detta har gång på gång visat sig vara en användbar metod.

Det andra svaret är att flugor fungerar som en levande petriskål. Jag kan lätt odla tiotusentals flugor med samma genotyp, snabbt bedöma effekterna av en mutation och lära mig vad som går fel på cellnivå. Detta är särskilt användbart när vi utforskar den genetiska bakgrunden till mänskliga sjukdomar. Genombredda associationsstudier och kända och misstänkta fall av ärftliga sjukdomar leder till många bra kandidater för gener som verkar påverka sannolikheten att få en sjukdom. En del kommer att visa sig vara verkliga och en del kommer att vara en röd tråd. Flugor erbjuder en plattform för att börja sortera bland dessa kandidater och begränsa de verkliga bovarna.

Vi vet nu att cirka 60 procent av alla mänskliga gener och 75 procent av de sjukdomsassocierade generna har motsvarigheter, eller ortologer, i Drosophila. Genom att studera dessa gener har vi lärt oss om en hel rad sjukdomsmekanismer. Ett mycket lovande område är åldersrelaterade sjukdomar, inklusive neurodegenerativa sjukdomar. Flugor lever i ungefär två eller tre månader. Det är tillräckligt lång tid för att se åldersrelaterade förändringar – de saktar ner med åldern på liknande sätt som hos människor – men tillräckligt kort tid för att påskynda forskningen.

HMN: Vad fick dig att bestämma dig för att skriva den här boken för icke-vetare?

MOHR: Om vi vill övertyga samhället om att fortsätta att investera i forskning, anser jag att vi har ett ansvar att visa vad forskningen ger. Det är viktigt för forskare som arbetar i alla system att hitta sätt att skicka budskapet att investeringar i biologisk och biomedicinsk forskning har ett bestående värde.

Jag är den enda vetenskapsmannen i min familj. Under årens lopp har jag hittat sätt att förklara för dem vad som är intressant för mig när det gäller flugforskning och varför de också kan vara intresserade. Jag kommer på mig själv med att förklara även för andra kollegor inom biologin hur och varför Drosophila fortsätter att vara en relevant modell. Jag kände att en bok skulle kunna vara användbar för att förmedla denna historia på ett bredare sätt.

Och det verkar som om folk vill veta. Jag får höra från folk som säger: ”Åh, ja, i gymnasiet tittade jag på röd- och vitögda flugor”. De kan relatera till detta, och de är förvånade och glada, tror jag, över att få veta mer om vad folk gör med flugor i dag och att höra några av historierna om sjukdomar hos människor.

Denna intervju har redigerats för att öka längden och tydligheten.