Introduction à Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster, également appelée mouche des fruits, est un petit insecte qui est couramment trouve près de fruits murissants. La drosophile est un organisme model largement rependu pour la recherche scientifique et l’étude de cet organisme a approfondi nos connaissances de la génétique des eucaryotes et des maladies humaines.

Pour commence, familiarisons nous avec la drosophile comme un organisme. La drosophile possède trois segments corporels – la tête, le thorax, et l’abdomen ainsi qu’une seule paire d’ailes et trois paires de pattes. Elles mesurent entre 2 et 4 millimètres de long et pèsent environ 1 milligramme. Les femelles sont typiquement plus grandes que les males. Les mouches sauvages ont de grands yeux rouges, et un corps de couleur jaune ou brun pale avec des anneaux transversaux noirs sur l’abdomen.

Le cycle de vie de la drosophile dure environ deux semaines et inclus 4 étapes majeures : l’embryon, la larve, la pupe et l’adulte. La longévité de la drosophile est entre 60 et 80 jours, cependant la durée de vie peut être affectée par des facteurs comme la température ou le surpeuplement.

Les mouche des fruits sont présentes sur chaque continent excepte en antarctique. Plus souvent elles se retrouvent en climat tropical, mais elles peuvent également s’adapter aux climats plus froids en aménageant a l’intérieur de nos édifices.

La drosophile peut survivre des températures allant de douze a trente-cinq dégrée Celsius. Dans le laboratoire, nous entreposons les mouches dans des incubateurs ajusté à vingt-cinq dégrée Celsius et soixante pourcent d’humidité pour survie et fertilité optimales.

L’alimentation typique pour la drosophile consiste en des microorganismes, assurément des levures qui habitent les fruits et légumes murissants et pourrissants. Cependant dans le laboratoire, nous utilisons une nourriture compose de semoule de mais, de mélasse, d’agar, de sucre, de levures et d’eau.

Maintenant que nous en savons d’avantage sur la drosophile, explorons pourquoi les chercheurs ont décidé d’étudié cet organisme. Premièrement, la petite taille des mouches les rendent très facile a manipulé et anesthésié.

Travailler avec les mouches dans le laboratoire est également désirable parce qu’elles nécessitent un équipement, une maintenance et un élevage peu couteux.

Grace à leur courte durée de vie, il faut environ 2 semaines pour établir l’accouplement et générer une nouvelle génération adulte. Les femelles sont très fertiles et peuvent pondre des centaines d’œufs par jour. Par conséquent, les expériences avec les mouches peuvent être effectuées rapidement et avec un très grand nombre d'échantillons.

Les drosophiles sont faciles à étudier, parce que leur génétique est simple par comparaison aux mammifères. Le génome de la drosophile est composé de seulement quatre chromosomes avec approximativement 14,000 gènes. Les mouches ont également une redondance génétique limitée. La redondance génétique signifie que plusieurs gènes sont responsables d'une certaine fonction biologique. Par exemple, les souris peuvent avoir trois copies d'un gène provoquant un phénotype particulier. Quand un gène est muté, les autres peuvent compenser assurant l’absence de changement développemental ou physiologique observables. Ainsi, l'expérience de mutagenèse chez la souris est moins informative. En revanche, les mouches peuvent n’avoir qu'une seule version d'un gène, de sorte que lorsque ce gène est muté, il provoque un changement dans le phénotype, donnant un aperçu de la fonction de ce gène particulier.

De plus, plusieurs méthodes ont été développées pour induire des mutations génétiques, y compris les rayons X, ou par irradiation UV et la recombinaison homologue. Enfin, de nombreuses années de recherche ont donné une communauté amicale des chercheurs de la drosophile, ce qui rend facile d'accès le grand nombre de lignées mutantes et les outils génétiques.

Finalement, les mouches sont un excellent organisme modèle en raison de leurs similarités génétiques frappantes avec les humains et les autres mammifères. Environ 50% des gènes de la mouche sont homologues de gènes de mammifères, ce qui signifie que les gènes proviennent d'un ancêtre commun. En outre, 75% des gènes liés à des maladies humaines ont des orthologues, ou des gènes avec des fonctions similaires, chez la mouche.

Alors, maintenant que nous avons entendu un peu sur savons ce qui fait de la drosophile un model tellement formidable pour l'étude expérimentale, nous allons survoler de superbes recherches faites sur les mouches. Au début du 20ieme siècle, les mouches ont premièrement émergé comme un organisme modèle dans le laboratoire de Thomas Hunt Morgan. En 1910, Morgan a découvert une mouche aux yeux blancs parmi une collection de mouches aux yeux rouges. En utilisant la microscopie, il a observé les profils de bandes de chromosomes, et vu que le même patron était toujours observée chez les mouches aux yeux blancs. Grâce à ces expériences, il a créé la théorie chromosomique de l'hérédité qui lui a valu le prix Nobel en 1933.

En 1927, l'un des élèves de Thomas Hunt Morgan, Hermann Muller, a découvert que les rayons X peuvent induire des mutations génétiques. Pour sa découverte, Muller a remporté le prix Nobel en 1946.

Pendant les années 70 et 80, Ed Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard et Eric Wieschaus ont testé des mutants pour identifier un certain nombre de gènes essentiels durant le développement. Ils ont identifié certains des gènes qui établissent les axes dorso-ventral et antéro-postérieur de l'embryon, ainsi que les gènes impliqués dans la segmentation, qui spécifient le plan corporel. Ils ont gagné le prix Nobel en 1995.

Dans les années 90, Jules Hoffmann a utilisé la drosophile pour la recherche sur l'immunité innée, la première ligne de défense contre les pathogènes, comme les bactéries. Il a découvert les récepteurs Toll et (ont) a démontré leur importance pour la détection et la défense contre les pathogènes. Voici des hémocytes embryonnaires, des cellules capables de reconnaître et de répondre aux pathogènes dans l'embryon de drosophile. Hoffman a remporté le prix Nobel en 2011 pour ses travaux sur le système immunitaire inné de la drosophile, et il a partagé le prix avec Bruce Beutler et Ralph Steinman pour leurs travaux sur l'immunité innée chez les mammifères.

Les travaux faits sur la drosophile ont de nombreuses applications importantes, allant de la génétique à la maladie humaine. Par exemple, la génétique du développement est souvent homologue, donc l'identification et la caractérisation des gènes qui régulent le développement des mouches ont été importantes pour la compréhension du développement humain. Le gène de drosophile "sans yeux" est essentiel pour le développement de la mouche. Les homologues de "sans yeux" chez les mammifères ont plusieurs fonctions similaires, ainsi comprendre le développement de l'œil chez la drosophile pourrait avoir des implications dans la compréhension du développement de l'œil humain et la maladie.

La recherche sur la drosophile peut également avoir des implications dans la compréhension des maladies neurologiques humaines. Par exemple, l'expression d'un gène humain impliqué dans la maladie de Parkinson chez la mouche, conduit à une perte de neurones dans le temps et l'accumulation d'agrégats de protéines aboutissant à une diminution de la capacité locomotrice.

La recherche sur la mouche a conduit à des connaissances importantes du développement et de la fonction du cœur de l'homme. De nombreux gènes associés à la fonction cardiaque sont conservés entre les mouches et les humains, et, semblables aux humains, l'entraînement physique peut grandement améliorer les performances des tâches physiques.

Vous venez juste de regarder l'introduction à Drosophila melanogaster présenté par JoVE. Dans cette vidéo, nous avons examiné les caractéristiques de la drosophile, les raisons pour lesquelles elle est un puissant organisme modèle, ainsi que les découvertes et les applications importantes. Même si elles peuvent sembler très différentes des humains, la recherche sur la drosophile a été une importante source de compréhension du développement humain et de la maladie. Seul le temps dira ce que l'avenir de la recherche sur la drosophile nous réserve.