مقدمة عن Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster، المعروفة أيضًا باسم "ذبابة الفاكهة،" هي حشرة صغيرة توجد عادةً بالقرب من الفاكهة الناضجة. وتُعد Drosophila كائنًا نموذجيًا واسع الاستخدام في البحث العلمي، وقد قدمت دراسة هذا الكائن رؤى قيمة حول علم الوراثة حقيقية النواة والأمراض البشرية.

في البداية، دعونا نتعرف على Drosophila ككائن حي. تمتلك Drosophila ثلاثة أجزاء رئيسية في الجسم، وهي الرأس والصدر والبطن، بالإضافة إلى زوج واحد من الأجنحة وثلاثة أزواج من الأرجل. يتراوح طولها بين 2-4 mm وتزن حوالي 1 mg. وعادة ما تكون الإناث أكبر حجماً من الذكور. وتتميز ذباب الفاكهة من النوع البري بعيون حمراء كبيرة وأجسام صفراء شاحبة أو بنية فاتحة مع وجود خطوط سوداء على البطن.

تستغرق دورة حياة Drosophila حوالي أسبوعين، وتتكون من 4 مراحل رئيسية: الجنين واليرقة والعذراء والبالغ. يتراوح متوسط عمر Drosophila بين 60-80 days، ومع ذلك، يمكن أن يتأثر طول العمر بعوامل مثل درجة الحرارة أو الاكتظاظ.

يتواجد ذباب الفاكهة في كل قارة باستثناء القارة القطبية الجنوبية. وغالباً ما يوجد في المناخات المدارية، ولكن يمكنه التكيف مع المناخات الأكثر برودة من خلال الانتقال إلى الأماكن المغلقة.

يمكن لـ Drosophila البقاء على قيد الحياة في نطاق يتراوح بين 12-35 °C. وفي المختبر، نقوم بتخزين الذباب في حاضنات مضبوطة على 25 °C ورطوبة 60% لضمان البقاء والخصوبة المثاليين.

يتكون النظام الغذائي النموذجي لـ Drosophila من الكائنات الحية الدقيقة، مثل الخميرة، التي تسكن الفواكه والخضروات شديدة النضج والمتعفنة. ومع ذلك، نستخدم في المختبر غذاءً يتكون من دقيق الذرة والدبس والأجار والسكر والخميرة والماء.

وبعد أن تعرفنا قليلاً على ذبابة الفاكهة (Drosophila) فيما يتعلق بالكائن الحي، دعونا نناقش الأسباب التي دفعت الباحثين إلى دراسته. أولاً، يسهل الحجم الصغير للذبابة التعامل معها وتخديرها على حد سواء.

تعتبر الذباب أيضاً نماذج جذابة للعمل بها لأنها تتطلب معدات غير مكلفة لصيانتها وإيوائها في المختبر.

وبفضل دورة حياتها القصيرة، يستغرق الأمر نحو أسبوعين منذ إتمام عملية التزاوج لإنتاج نسل جديد من البالغين. وتتميز الإناث بخصوبة عالية جداً، حيث يمكنها وضع مئات البيوض يومياً؛ لذا يمكن إجراء التجارب على الذباب بسرعة وبأعداد عينات كبيرة جداً.

تُعد ذبابة الفاكهة (Drosophila) سهلة الدراسة لأن وراثياتها بسيطة مقارنة بالثدييات. إن ذبابة الفاكهة (Drosophila) يتكون الجينوم من أربعة كروموسومات فقط تحتوي على ما يقرب من 14,000 جين. كما تتميز الذباب بمحدودية التكرار الجيني؛ ويقصد بالتكرار الجيني أن يكون هناك أكثر من جين مسؤول عن وظيفة بيولوجية معينة. فعلى سبيل المثال، قد تمتلك الفئران ثلاث نسخ من الجين المسبب لنمط ظاهري معين، وعندما يحدث طفرة في أحد هذه الجينات، يمكن للجينات الأخرى التعويض عن ذلك، مما يؤدي إلى عدم ظهور أي تغيير نمائي أو فسيولوجي ملحوظ، وبالتالي تكون تجربة الطفرات الجينية في الفئران أقل إفادة. وفي المقابل، قد لا يمتلك الذباب سوى نسخة واحدة من الجين، لذا فعندما تحدث طفرة في هذا الجين، فإنها تسبب تغييراً في النمط الظاهري، مما يمنح رؤية أعمق حول وظيفة ذلك الجين تحديداً.

علاوة على ذلك، تم تطوير عدة طرق لاستحثاث الطفرات الجينية، بما في ذلك الأشعة السينية، أو التشعيع بالأشعة فوق البنفسجية، وإعادة الائتلاف المتماثل. وأخيراً، أسفرت سنوات عديدة من البحث عن مجتمع متعاون من ذبابة الفاكهة (Drosophila) العلماء، مما يسهل الوصول إلى العدد الهائل من السلالات الطافرة والأدوات الجينية.

وأخيرًا، تُعد الذباب كائنات نموذجية ممتازة بسبب تشابهها الجيني الملحوظ مع البشر والثدييات الأخرى؛ حيث أن ما يقرب من 50% من جينات الذباب متجانسة مع جينات الثدييات، مما يعني أن هذه الجينات تنحدر من سلف مشترك. علاوة على ذلك، فإن 75% من الجينات البشرية المرتبطة بالأمراض لها نظائر، أو جينات ذات وظائف مماثلة، في الذباب.

بعد أن تعرفنا قليلاً على الأسباب التي تجعل ذبابة Drosophila رائعة للدراسة التجريبية، دعونا نستعرض بعض الأبحاث المتميزة التي أجريت على هذه الذباب. في أوائل القرن العشرين، ظهرت الذباب لأول مرة ككائن نموذجي في مختبر توماس هانت مورغان. وفي عام 1910، اكتشف مورغان ذبابة ذات عينين بيضاوين ضمن مجموعة من الذباب ذي العيون الحمراء. وباستخدام المجهر، لاحظ أنماط التخطيط للكروموسومات، ورأى أن النمط نفسه كان يظهر دائماً في الذباب ذي العيون البيضاء. ومن خلال هذه التجارب، أسس النظرية الكروموسومية للوراثة التي نال عنها جائزة نوبل في عام 1933.

في عام 1927، اكتشف هيرمان مولر، وهو أحد طلاب توماس هانت مورغان، أن الأشعة السينية يمكن أن تحفز حدوث طفرات جينية. وقد فاز مولر بجائزة نوبل في عام 1946 عن هذا الاكتشاف.

خلال السبعينيات والثمانينيات، أجرى إد لويس، وكريستيان نوسلاين-فولهارد، وإريك ويسشوس عمليات مسح لتحديد عدد من الجينات الأساسية أثناء التطور. وقد حددوا بعض الجينات التي تؤسس المحورين الظهري-البطني والأمامي-الخلفي للجنين، بالإضافة إلى الجينات المشاركة في التقطيع، والتي تحدد مخطط الجسم. وقد فازوا بجائزة نوبل في عام 1995.

في التسعينيات، استخدم جول هوفمان ذبابة Drosophila لإجراء أبحاث حول المناعة الفطرية، وهي خط الدفاع الأول ضد مسببات الأمراض، مثل البكتيريا. واكتشف مستقبلات Toll وأثبت أهميتها في استشعار مسببات الأمراض والدفاع ضدها. تظهر هنا الخلايا الدموية الجنينية، وهي خلايا يمكنها التعرف على مسببات الأمراض والاستجابة لها في جنين Drosophila. فاز هوفمان بجائزة نوبل في عام 2011 عن عمله على الجهاز المناعي الفطري لذبابة Drosophila، وشارك الجائزة مع بروس بوتلر ورالف شتاينمان عن عملهم في المناعة الفطرية لدى الثدييات.

تتمتع الأبحاث التي تُجرى على ذبابة Drosophila بالعديد من التطبيقات الهامة، والتي تتراوح من علم الوراثة إلى الأمراض البشرية. فعلى سبيل المثال، غالباً ما تكون وراثة التطور متجانسة، لذا كان تحديد وتوصيف الجينات التي تنظم التطور في الذباب أمراً مهماً لفهم التطور البشري. ويعد جين "eyeless" في Drosophila ضرورياً للتطور في الذبابة. وبما أن النظائر الثديية لجين eyeless تمتلك العديد من التشابهات الوظيفية، فإن فهم تطور عين Drosophila قد يكون له تداعيات في فهم تطور العين وأمراضها لدى البشر.

كما يمكن أن يكون لأبحاث ذبابة Drosophila تداعيات في فهم الأمراض العصبية البشرية. فعلى سبيل المثال، يؤدي التعبير عن جين بشري مرتبط بمرض باركنسون في الذبابة إلى فقدان الخلايا العصبية بمرور الوقت وتراكم تجمعات بروتينية تؤدي في النهاية إلى انخفاض القدرة على الحركة.

وقد أدت الأبحاث التي أُجريت على الذبابة إلى معرفة هامة بتطور القلب ووظيفته لدى البشر. فهناك العديد من الجينات المرتبطة بوظيفة القلب والمحفوظة بين الذباب والبشر، وبشكل مشابه للبشر، يمكن أن تؤدي التدريبات الرياضية إلى تحسين الأداء في المهام البدنية بشكل كبير.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE عن ذبابة الفاكهة Drosophila melanogaster. راجعنا في هذا الفيديو خصائص Drosophila، والأسباب التي تجعلها كائناً نموذجياً قوياً للغاية، بالإضافة إلى الاكتشافات والتطبيقات الهامة. وعلى الرغم من أنها قد تبدو مختلفة تماماً عن البشر، إلا أن أبحاث Drosophila كانت مصدراً هاماً لفهم التطور البشري والأمراض. والوقت وحده هو الذي سيكشف عما يخبئه مستقبل أبحاث Drosophila.