Ovocná muška Drosophila melanogaster hraje již více než 100 let hlavní roli v biomedicínském výzkumu, odhaluje základní principy genetiky a vývoje, osvětluje lidské zdraví a nemoci a vědci za ni dosud získali šest Nobelových cen.

Proč tyto mouchy stále přitahují tolik vědeckého zájmu, i když se výzkumné nástroje v průběhu desetiletí zdokonalily?

Další zprávy HMS najdete zde.

Harvard Medicine News se zeptal Stephanie Mohr, která sama sebe označuje za „mušího člověka“, přednáší genetiku na Harvard Medical School a je autorkou knihy First in Fly:

Jako ředitelka Drosophila RNAi Screening Center na HMS pomáhá Mohrová vědcům zabývajícím se výzkumem ovocných mušek se screeningem buněk, produkcí muších kmenů a bioinformatickými službami. Více než 15 let se také věnuje studiu ovocných mušek.

HMN: Jak jste začínal jako „muší člověk“?

MOHR: Byl jsem studentem na Wesleyan University v Middletownu ve státě Connecticut a měl jsem brigádu na mytí nádobí pro katedry biologie a biochemie. Seděla jsem tam a dávala jednu vanu nádobí do autoklávu, vyndávala je a mezitím jsem si dělala domácí úkoly. Laboratoř na mouchy mě příliš nenadchla, protože tam byla vždycky stejná sada nádobí, takové ty identické půllitrové lahve, které se používaly ke kultivaci much. V ostatních laboratořích byly obrovské válce, baňky a kádinky různých velikostí. To mi připadalo jako důvod k odsouzení! Byl jsem v prváku – co jsem věděl?“

Později, na postgraduálním studiu, jsem se nedostal do laboratoře, která mě nejvíce nadchla, takže jsem zůstal tak trochu na holičkách. Požádal jsem jednoho instruktora, jestli bych nemohl udělat extra rotaci v jeho laboratoři, což byla laboratoř na mouchy. Připadalo mi to jako poslední pokus, ale ukázalo se, že se to intelektuálně perfektně hodí. Nakonec se stal mým doktorandským poradcem a od té doby studuji mouchy.

HMN: Proč se tolik výzkumu provádí na ovocných mouchách?

MOHR: Je to částečně náhoda a strašně moc racionální. Neexistuje žádný zvláštní důvod, proč to musela být právě tato moucha, ale skutečnost, že se Drosophila melanogaster ujala, poskytla řadu strategických výhod.

V porovnání s člověkem má jednoduchý genom s pouhými čtyřmi páry chromozomů. V prvních letech to byla významná výhoda. Také některé muší tkáně mají vysoce polyploidní chromozomy – mnoho kopií chromozomů v rámci jedné buňky – což i díky mikroskopii z počátku 20. století umožnilo prvním genetikům vidět věci, které v běžných buňkách vidět nemohli. Mohli doslova vidět něco jako inverzi v DNA, kdy se kus chromozomu převrátil. I to byla pro výzkum velká věc.

Jednou z nejzajímavějších věcí, které jsme se v postgenomické éře dozvěděli, je, jak neuvěřitelně konzervované jsou geny a dráhy a genetické aktivity, které řídí jevy na úrovni organismu, napříč organismy. V počátcích nezáleželo na tom, jak moc se mouchy podobají lidem, protože jsme se na základní úrovni dozvěděli něco užitečného o tom, jak funguje dědičnost. Nyní jsme si uvědomili, kolik podobností existuje a jak lze tyto podobnosti využít k poznání lidského zdraví a nemocí.

A pak na praktické úrovni: Drosophila má krátký životní cyklus, asi dva týdny, a samičky mají hodně potomků – mohou naklást stovky vajíček během několika dní. Obě tyto vlastnosti z nich činí skvělý systém pro genetické experimenty. Také je snadné je kultivovat v laboratoři, žijí ze směsi kukuřičné moučky, cukru a kvasinek a je snadné odlišit samce od samic.

HMN: Co nás ovocné mušky naučily o genetice a biologii?

MOHR: Úplný seznam by byl velmi dlouhý! Na počátku byla moucha velmi důležitá pro pochopení mechanismů dědičnosti. Další oblastí, kde měly mouchy úžasný vliv, je vývojová biologie a přenos signálů, tedy způsoby, jakými buňky přijímají zprávy a reagují na ně. Část tohoto dědictví zůstala v názvech, které jsme dali signálním drahám u lidí, jako je Notch, který je pojmenován podle vroubkovaného vzoru, který může mutace genu vytvořit na muších křídlech. Mouchy nás naučily, jaké jsou složky mnoha signálních drah, jak jsou vzájemně propojeny a co na ně působí pozitivně a negativně.

Chladným příkladem specifik signalizace je polarita planárních buněk. To je trochu krkolomné slovo, ale týká se prostě buněk na rovném povrchu, které mají určitou polaritu, směr. Když se podíváte na své předloktí, uvidíte malé chloupky a většina z nich směřuje stejným směrem. Na paži by nebylo nic zvláštního, kdyby jich pár směřovalo jiným směrem, ale v něčem, jako je vnitřní ucho, nám tyto orientované výběžky umožňují slyšet. První práce při odhalování toho, jak se polarita ustavuje v rovině buněk, byla provedena u drozofily.

Drozofila měla zásadní vliv na naše chápání normálního vývoje, kdy je třeba říci buňkám, aby se dělily, pak aby se přestaly dělit a pak přijaly identitu. To má nakonec obrovský vliv na naše chápání rakoviny, kde se všechny tyto druhy věcí pokazily. Podle mého názoru existuje přímá souvislost mezi prací na vývoji mušek a tím, co nyní víme o rakovině a léčbě rakoviny, která působí na tyto dráhy.

Existuje mnoho dalších příkladů toho, co jsme se naučili od drozofily, například jak nám mušky pomohly poznat, že rentgenové záření je silným mutagenem, odhalit buněčné mechanismy vrozených imunitních reakcí, pochopit genetiku chování – seznam by mohl pokračovat. Všechny příklady se mi nevešly ani do této knihy.

HMN: Ovocné mušky samozřejmě nejsou lidé. Jak užitečné jsou pro pochopení lidského zdraví a nemocí?

MOHR: Na to bych odpověděl dvěma způsoby. První je základní porozumění. Pokud chcete vědět, co všechny části dělají, je jednodušší začít s jednodušším modelem. Jakmile určíte, co dělá gen v jednom organismu, což můžeme relativně snadno udělat u mušek, můžete hledat podobné geny ve složitějších organismech a vytvářet racionální hypotézy o jejich činnosti. To se opakovaně ukázalo jako užitečný přístup.

Druhou odpovědí je, že mouchy slouží jako živá Petriho miska. Mohu snadno vypěstovat desítky tisíc mušek se stejným genotypem, rychle vyhodnotit účinky mutace a zjistit, co se děje špatně na buněčné úrovni. To je užitečné zejména při zkoumání genetických základů lidských onemocnění. Celogenomové asociační studie a známé a podezřelé případy dědičných onemocnění vedou ke spoustě dobrých kandidátů na geny, které zřejmě ovlivňují pravděpodobnost onemocnění. Některé z nich se ukáží jako skutečné a některé jako červené stopy. Mouchy nabízejí platformu, jak tyto kandidáty začít třídit a zúžit okruh skutečných viníků.

V současné době víme, že asi 60 procent všech lidských genů a 75 procent genů spojených s nemocemi má své ekvivalenty, neboli ortology, u drozofily. Studium těchto genů nás poučilo o celé řadě mechanismů onemocnění. Jednou z perspektivních oblastí jsou nemoci související s věkem, včetně neurodegenerativních onemocnění. Mouchy žijí asi dva nebo tři měsíce. To je dostatečně dlouhá doba na to, abychom mohli pozorovat změny související s věkem – s věkem se zpomalují podobně jako u lidí – ale dostatečně krátká na to, aby se výzkum urychlil.

HMN: Proč jste se rozhodl napsat tuto knihu pro nevědce?

MOHR: Pokud chceme přesvědčit společnost, aby nadále investovala do výzkumu, myslím, že máme povinnost ukázat, co výzkum poskytuje. Pro vědce pracující v jakémkoli systému je důležité najít způsob, jak vyslat zprávu, že investice do biologického a biomedicínského výzkumu mají trvalou hodnotu.

Jsem jediný vědec v rodině. V průběhu let jsem našel způsob, jak jim vysvětlit, co mě na výzkumu mouchy zajímá a proč by to mohlo zajímat i je. Zjistil jsem, že i ostatním kolegům biologům vysvětluji, jak a proč je drozofila stále relevantním modelem. Cítil jsem, že kniha by mohla být užitečná pro širší zprostředkování tohoto příběhu.

A zdá se, že lidé to chtějí vědět. Ozývají se mi lidé, kteří říkají: „No jo, na střední škole jsem se díval na červenooké a bílooké mouchy“. Mohou se s tím ztotožnit a myslím, že jsou ohromeni a potěšeni, když se dozvědí více o tom, co dnes lidé s mouchami dělají, a když slyší některé z příběhů o lidských nemocech.

Tento rozhovor byl upraven kvůli délce a srozumitelnosti.