De mai bine de 100 de ani, musca de fructe Drosophila melanogaster a jucat un rol principal în cercetarea biomedicală, dezvăluind principiile fundamentale ale geneticii și dezvoltării, luminând sănătatea și bolile umane și aducând oamenilor de știință șase premii Nobel până în prezent.

De ce aceste muște continuă să atragă atât de mult interes științific, chiar dacă instrumentele de cercetare au devenit mai sofisticate de-a lungul deceniilor?

Obțineți mai multe știri HMS aici.

Harvard Medicine News a întrebat-o pe Stephanie Mohr, autointitulată „om al muștelor”, conferențiar de genetică la Harvard Medical School și autoare a cărții First in Fly: Drosophila Research and Biological Discovery, să explice.

În calitate de director al Drosophila RNAi Screening Center de la HMS, Mohr îi ajută pe cercetătorii cu muște de fructe cu screening-ul celular, producția de stocuri de muște și servicii bioinformatice. Ea a studiat, de asemenea, muștele de fructe timp de peste 15 ani.

HMN: Cum ați început ca „om al muștelor”?

MOHR: Eram student la Universitatea Wesleyan din Middletown, Connecticut, și aveam un loc de muncă în regim de studiu, spălând vase pentru departamentele de biologie și biochimie. Stăteam acolo și puneam o cadă de vase în autoclavă și le scoteam și îmi făceam temele între timp. Nu am fost prea impresionat de laboratorul de muște, deoarece avea întotdeauna același set de vase, aceste sticle identice de mărimea unei jumătăți de pintă folosite pentru a cultiva muște. Celelalte laboratoare aveau cilindri uriași, flacoane și pahare de diferite dimensiuni. Asta părea un motiv pentru a judeca! Eram în primul an – ce știam eu?

Mai târziu, la școala de absolvire, nu am intrat în laboratorul care mă entuziasma cel mai mult, așa că am fost cam lăsat în suspans. Am întrebat un instructor dacă aș putea face o rotație suplimentară în laboratorul său, care era un laborator de muște. M-am simțit ca un efort de ultimă instanță, dar s-a dovedit a fi o potrivire perfectă din punct de vedere intelectual. El a sfârșit prin a deveni îndrumătorul meu de doctorat și de atunci studiez muștele.

HMN: De ce s-au efectuat atât de multe cercetări pe muște de fructe?

MOHR: Este în parte un accident și foarte mult rațiune. Nu există un motiv anume pentru care trebuia să fie această muscă, dar faptul că Drosophila melanogaster a prins contur a oferit o serie de avantaje strategice.

În comparație cu oamenii, aceasta are un genom simplu, cu doar patru perechi de cromozomi. În primii ani, acesta a fost un avantaj semnificativ. De asemenea, unele țesuturi de muscă au cromozomi foarte poliploizi – mai multe copii de cromozomi într-o singură celulă – care, chiar și cu microscopia de la începutul secolului XX, au permis primilor geneticieni să vadă lucruri pe care nu le puteau vedea în celulele obișnuite. Ei puteau vedea la propriu ceva precum o inversiune în ADN, unde o bucată de cromozom a fost răsturnată. Acest lucru a fost foarte important și pentru cercetare.

Unul dintre cele mai interesante lucruri pe care le-am învățat în era post-genomică este cât de incredibil de conservate sunt genele și căile și activitățile genetice care controlează fenomenele de la nivelul organismului între organisme. La început nu conta cât de mult semănau muștele cu oamenii, pentru că învățam ceva util la un nivel de bază despre cum funcționează moștenirea. Acum am realizat cât de multe asemănări există și cum pot fi exploatate aceste asemănări pentru a învăța despre sănătatea și bolile umane.

Și apoi, la nivel practic, Drosophila are un ciclu de viață scurt, de aproximativ două săptămâni, iar femelele au o mulțime de urmași – pot depune sute de ouă în câteva zile. Ambele aceste caracteristici le fac un sistem excelent pentru experimentele genetice. De asemenea, sunt ușor de cultivat în laborator, trăind dintr-un amestec de făină de porumb, zahăr și drojdie, și este ușor de diferențiat masculii de femele.

HMN: Ce ne-au învățat muștele de fructe despre genetică și biologie?

MOHR: Lista completă ar fi foarte lungă! La început, musca a fost extrem de relevantă pentru a obține o înțelegere a mecanismelor de moștenire. Un alt domeniu în care muștele au avut un impact uimitor este cel al biologiei dezvoltării și al transducției semnalelor, sau modul în care celulele primesc și răspund la mesaje. O parte din această moștenire a rămas în denumirile pe care le-am dat căilor de semnalizare la oameni, cum ar fi Notch, care este denumită după modelul crestat pe care o mutație a genei îl poate crea pe aripile muștelor. Muștele ne-au învățat care sunt componentele multor căi de semnalizare, cum sunt interconectate între ele și ce acționează asupra lor în mod pozitiv și negativ.

Un exemplu mișto de specificitate a semnalizării este polaritatea planar-celulară. Este un cuvânt cam greu de spus, dar se referă doar la celulele de pe o suprafață plană care au o polaritate, o direcție. Dacă vă uitați la antebraț, vedeți fire mici de păr, iar majoritatea sunt îndreptate în aceeași direcție. Nu ar fi mare lucru pe brațul dumneavoastră dacă câțiva ar fi îndreptați într-o direcție diferită, dar în ceva precum urechea internă, aceste proiecții orientate ne permit să auzim. Munca timpurie de descoperire a modului în care se stabilește polaritatea pe un plan de celule a fost făcută la Drosophila.

În legătură cu aceasta, Drosophila a avut un efect profund asupra înțelegerii noastre a dezvoltării normale, în care trebuie să le spuneți celulelor să se dividă, apoi să se oprească din diviziune, apoi să se oprească din diviziune, apoi să capete o identitate. Acest lucru sfârșește prin a avea un impact extraordinar asupra înțelegerii noastre a cancerului, unde toate aceste aceleași tipuri de lucruri au mers prost. După părerea mea, există o legătură directă între munca în dezvoltarea muștelor și ceea ce știm acum despre cancer și despre tratamentele împotriva cancerului care acționează pe aceste căi.

Există atât de multe alte exemple a ceea ce am învățat de la Drosophila, cum ar fi modul în care muștele ne-au ajutat să recunoaștem că razele X sunt agenți mutageni puternici, să descoperim mecanismele celulare ale răspunsurilor imune înnăscute, să înțelegem genetica comportamentului – lista poate continua. Nu aș putea să încap toate exemplele nici măcar în această carte.

HMN: Evident, muștele de fructe nu sunt oameni. Cât de utile sunt ele pentru înțelegerea sănătății și bolilor umane?

MOHR: Sunt două răspunsuri pe care le-aș da. Unul este înțelegerea fundamentală. Dacă vrei să știi ce fac toate părțile, este mai ușor să începi cu un model mai simplu. Odată ce identifici ce face o genă într-un organism, ceea ce putem face la muște cu relativă ușurință, poți căuta gene similare în organisme mai complexe și poți face ipoteze raționale despre activitatea lor. Acest lucru s-a dovedit de nenumărate ori a fi o abordare utilă.

Al doilea răspuns este că muștele servesc ca o farfurie Petri vie. Pot crește cu ușurință zeci de mii de muște cu același genotip, pot evalua rapid efectele unei mutații și pot afla ce nu merge bine la nivel celular. Acest lucru este deosebit de util pe măsură ce explorăm fundamentele genetice ale bolilor umane. Studiile de asociere la nivelul întregului genom și cazurile cunoscute și suspectate de boli ereditare conduc la o mulțime de candidați buni pentru genele care par să influențeze probabilitatea de a contracta o boală. Unele se vor dovedi a fi reale, iar altele se vor dovedi a fi piste false. Muștele oferă o platformă pentru a începe trierea acestor candidați și pentru a restrânge adevărații vinovați.

Știm acum că aproximativ 60 la sută din toate genele umane și 75 la sută din genele asociate bolilor au echivalente, sau mitologi, în Drosophila. Studierea acestor gene ne-a învățat despre o întreagă gamă de mecanisme de boală. Un domeniu foarte promițător îl reprezintă bolile legate de vârstă, inclusiv bolile neurodegenerative. Muștele trăiesc aproximativ două sau trei luni. Este suficient de mult timp pentru a vedea schimbările legate de vârstă – acestea încetinesc odată cu vârsta în moduri similare cu ceea ce se întâmplă la oameni – dar suficient de scurt pentru a accelera cercetarea.

HMN: Ce v-a determinat să scrieți această carte pentru cei care nu sunt oameni de știință?

MOHR: Dacă vrem să convingem societatea să continue să investească în cercetare, cred că avem responsabilitatea de a arăta ce oferă cercetarea. Este important pentru oamenii de știință care lucrează în orice sistem să găsească modalități de a transmite mesajul că investițiile în cercetarea biologică și biomedicală au o valoare de durată.

Sunt singurul om de știință din familia mea. De-a lungul anilor, am găsit modalități de a le explica ce mă interesează pe mine în ceea ce privește cercetarea muștelor și de ce ar putea fi și ei interesați. Mă trezesc explicându-le chiar și altor colegi din domeniul biologiei cum și de ce Drosophila continuă să fie un model relevant. Am simțit că o carte ar putea fi utilă pentru a transmite această poveste pe scară mai largă.

Și se pare că oamenii vor să știe. Am auzit de la oameni care spun: „Oh, da, în liceu m-am uitat la muștele cu ochi roșii și albe”. Ei pot relaționa cu acest lucru și sunt uimiți și încântați, cred, să afle mai multe despre ceea ce fac oamenii cu muștele astăzi și să audă unele dintre poveștile despre bolile umane.

Acest interviu a fost editat pentru lungime și claritate.