3.2: Introduction à Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster, également connue sous le nom de « mouche des fruits », est un petit insecte que l’on trouve couramment près des fruits en train de mûrir. La drosophile est un organisme modèle largement utilisé pour la recherche scientifique, et l’étude de cet organisme a permis de mieux comprendre la génétique eucaryote et les maladies humaines.

Pour commencer, apprenons à connaître la drosophile en tant qu’organisme. La drosophile a trois segments principaux du corps - la tête, le thorax et l’abdomen - ainsi qu’une seule paire d’ailes et trois paires de pattes. Ils mesurent entre 2 et 4 mm de long et pèsent environ 1 mg. Les femelles sont généralement plus grandes que les mâles. Les mouches des fruits de type sauvage ont de grands yeux rouges et un corps jaune pâle ou brun clair avec des rayures noires sur l’abdomen.

Le cycle de vie de la drosophile dure environ 2 semaines et se compose de 4 étapes principales : l’embryon, la larve, la nymphe et l’adulte. La durée de vie moyenne de la drosophile est comprise entre 60 et 80 jours, mais la durée de vie peut être affectée par des facteurs tels que la température ou la surpopulation.

Les mouches des fruits sont présentes sur tous les continents, à l’exception de l’Antarctique. On les trouve plus souvent dans les climats tropicaux, mais ils peuvent s’adapter aux climats plus froids en se déplaçant à l’intérieur.

La drosophile peut survivre dans une plage de 12 à 35 °C. En laboratoire, nous stockons les mouches dans des incubateurs réglés à 25 ? C et 60 % d’humidité pour une survie et une fertilité idéales.

Le régime alimentaire typique de la drosophile est constitué de micro-organismes, tels que les levures, qui habitent les fruits et légumes très mûrs et pourris. Cependant, en laboratoire, nous utilisons des aliments composés de semoule de maïs, de mélasse, d’agar, de sucre, de levure et d’eau.

Maintenant que nous en avons appris un peu plus sur la drosophile l’organisme, voyons pourquoi les chercheurs ont décidé de l’étudier. Tout d’abord, la petite taille de la mouche les rend faciles à manipuler et à anesthésier.

Il est également intéressant de travailler avec les mouches parce qu’elles nécessitent un équipement peu coûteux pour leur entretien et leur hébergement en laboratoire.

Grâce à leur court cycle de vie, il faut environ 2 semaines à partir du moment où l’accouplement est mis en place pour générer une nouvelle progéniture adulte. Les femelles sont extrêmement fertiles et peuvent pondre des centaines d’œufs par jour. Par conséquent, les expériences avec des mouches peuvent être menées rapidement et avec un nombre d’échantillons très élevé.

Les drosophiles sont faciles à étudier, car leur génétique est simple par rapport aux mammifères. Le génome de la drosophile n’est composé que de quatre chromosomes avec environ 14 000 gènes. Les mouches ont également une redondance génétique limitée. La redondance génétique signifie que plus d’un gène est responsable d’une certaine fonction biologique. Par exemple, les souris peuvent avoir trois copies d’un gène provoquant un phénotype particulier. Lorsqu’un gène est muté, les autres peuvent compenser, ce qui n’entraîne aucun changement développemental ou physiologique observable. Ainsi, l’expérience de mutagénèse 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 de phénotype, donnant un aperçu de la fonction de ce gène particulier.

De plus, plusieurs méthodes ont été développées pour induire des mutations génétiques, notamment les rayons X, ou irradiation UV, et la recombinaison homologue. Enfin, de nombreuses années de recherche ont abouti à une communauté amicale de scientifiques sur la drosophile, ce qui facilite l’accès au grand nombre de lignées mutantes et d’outils génétiques.

Enfin, les mouches sont un excellent organisme modèle en raison de leurs similitudes génétiques frappantes avec les humains et les autres mammifères. Environ 50 % des gènes de la mouche sont homologues aux gènes des mammifères, ce qui signifie que le gène provient d’un ancêtre commun. De plus, 75 % des gènes liés aux maladies humaines ont des orthologues, ou des gènes ayant des fonctions similaires, chez la mouche.

Alors maintenant que nous en avons entendu un peu plus sur ce qui rend la drosophile si idéale pour l’étude expérimentale, jetons un coup d’œil à certaines des excellentes recherches qui ont été menées sur les mouches. Au début du XXe siècle, les mouches sont apparues pour la première fois en tant qu’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. À l’aide de la microscopie, il a observé les motifs de bandes des chromosomes et a constaté que le même motif était toujours observé chez les mouches aux yeux blancs. Grâce à ces expériences, il a établi la théorie chromosomique de l’hérédité, pour laquelle il a remporté le prix Nobel en 1933.

En 1927, l’un des étudiants de Thomas Hunt Morgan, Hermann Müller, a découvert que les rayons X pouvaient induire des mutations génétiques. Müller a remporté le prix Nobel en 1946 pour sa découverte.

Au cours des années 70 et 80, Ed Lewis, Christiane Nusslein-Volhard et Eric Wieschaus ont effectué des criblages pour identifier un certain nombre de gènes essentiels au cours du développement. Ils ont identifié certains des gènes qui établissent les axes dorsal-ventral et antéro-postérieur de l’embryon, ainsi que les gènes impliqués dans la segmentation, qui spécifient le plan corporel. Ils ont remporté le prix Nobel en 1995.

Dans les années 1990, Jules Hoffmann a utilisé la drosophile pour des recherches sur l’immunité innée, première ligne de défense contre les agents pathogènes, comme les bactéries. Il a découvert les récepteurs Toll et démontré leur importance pour détecter et se défendre contre les agents pathogènes. Il s’agit d’hémocytes embryonnaires, des cellules capables de reconnaître et de répondre aux agents pathogènes de l’embryon de drosophile. Hoffman a remporté le prix Nobel en 2011 pour ses travaux sur le système immunitaire inné de la drosophile, et a partagé le prix avec Bruce Beutler et Ralph Steinman pour leurs travaux sur l’immunité innée chez les mammifères.

Les travaux sur la drosophile ont de nombreuses applications importantes, allant de la génétique aux maladies humaines. Par exemple, la génétique du développement est souvent homologues, de sorte que l’identification et la caractérisation des gènes qui régulent le développement chez les mouches ont été importantes pour comprendre le développement humain. Le gène « sans yeux » de la drosophile est essentiel au développement de la mouche. Les homologues mammifères de l’absence d’œil ont de nombreuses similitudes fonctionnelles, donc la compréhension du développement oculaire de la drosophile pourrait avoir des implications dans la compréhension du développement de l’œil humain et de 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 entraîne une perte de neurones au fil du temps et une accumulation d’agrégats de protéines aboutissant à une diminution des capacités locomotrices.

La recherche sur la mouche a conduit à des connaissances importantes sur le développement et la fonction du cœur humain. De nombreux gènes associés à la fonction cardiaque sont conservés entre les mouches et les humains et, comme chez les humains, l’entraînement physique peut améliorer considérablement les performances dans les tâches physiques.

Vous venez de regarder l’introduction de JoVE à Drosophila melanogaster. Dans cette vidéo, nous avons passé en revue les caractéristiques de la drosophile, les raisons pour lesquelles elle constitue un organisme modèle si puissant, ainsi que des découvertes et des applications importantes. Bien qu’elles puissent sembler très différentes de celles des humains, les recherches sur la drosophile ont été une source importante de compréhension du développement humain et de la maladie. Seul le temps nous dira ce que l’avenir réserve à la recherche sur la drosophile.