Un'introduzione a Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster, noto anche come il “moscerino della frutta”, è un piccolo insetto che si trova comunemente vicino alla frutta matura. Drosophila è un organismo modello ampiamente utilizzato per la ricerca scientifica e lo studio di questo organismo ha fornito informazioni sulla genetica eucariotica e sulle malattie umane.

Per iniziare, conosciamo Drosophila come organismo. Drosophila hanno tre segmenti principali del corpo – la testa, il torace e l’addome – così come un singolo paio di ali e tre paia di zampe. Sono lunghi tra 2-4 mm e pesano circa 1 mg. Le femmine sono in genere più grandi dei maschi. I moscerini della frutta selvatici hanno grandi occhi rossi e corpi giallo pallido o marrone chiaro con strisce nere sull’addome.

Il ciclo di vita della Drosophila dura circa 2 settimane ed è composto da 4 fasi principali: l’embrione, la larva, la pupa e l’adulto. La durata media della vita di Drosophila è compresa tra 60-80 giorni, tuttavia la durata della vita può essere influenzata da fattori come la temperatura o il sovraffollamento.

I moscerini della frutta sono presenti in tutti i continenti tranne l’Antartide. Più spesso si trovano nei climi tropicali, ma possono adattarsi ai climi più freddi spostandosi all’interno.

La drosophila può sopravvivere in un intervallo di 12-35 °C. In laboratorio, conserviamo le mosche in incubatori impostati a 25 ° C e 60% di umidità per una sopravvivenza e una fertilità ideali.

La dieta tipica per La Drosophila sono i microrganismi, come il lievito, che abitano frutta e verdura molto matura e in decomposizione. Tuttavia, in laboratorio, usiamo cibo composto da farina di mais, melassa, agar, zucchero, lievito e acqua.

Ora che abbiamo imparato un po ‘di Drosophila l’organismo, discutiamo perché i ricercatori hanno deciso di studiarlo. Innanzitutto, le piccole dimensioni della mosca li rendono facili da maneggiare e anestetizzare.

Le mosche sono anche attraenti con cui lavorare perché richiedono attrezzature economiche da mantenere e ospitare in laboratorio.

Grazie al loro breve ciclo di vita, ci vogliono circa 2 settimane da quando l’accoppiamento è impostato per generare nuova progenie adulta. Le femmine sono estremamente fertili e possono deire centinaia di uova al giorno. Pertanto, gli esperimenti con le mosche possono essere condotti rapidamente e con numeri di campione molto elevati.

I Drosophila sono facili da studiare, perché la loro genetica è semplice rispetto ai mammiferi. Il genoma di Drosophila è composto da soli quattro cromosomi con circa 14.000 geni. Le mosche hanno anche una ridondanza genetica limitata. La ridondanza genetica significa che più di un gene è responsabile di una certa funzione biologica. Ad esempio, i topi possono avere tre copie di un gene che causa un particolare fenotipo. Quando un gene è mutato, gli altri possono compensare portando a nessun cambiamento osservabile dello sviluppo o fisiologico. Pertanto, l’esperimento di mutagenesi nei topi è meno informativo. Al contrario, le mosche possono avere solo una versione di un gene, quindi quando quel gene è mutato provoca un cambiamento nel fenotipo, dando un’idea della funzione di quel particolare gene.

Inoltre, sono stati sviluppati diversi metodi per indurre mutazioni genetiche, tra cui i raggi X, o l’irradiazione UV, e la ricombinazione omologa. Infine, molti anni di ricerca hanno prodotto una comunità amichevole di scienziati Drosophila, che rende facile l’accesso al vasto numero di linee mutanti e strumenti genetici.

Infine, le mosche sono un eccellente organismo modello a causa delle loro sorprendenti somiglianze genetiche con gli esseri umani e altri mammiferi. Circa il 50% dei geni delle mosche sono omologhi ai geni dei mammiferi, il che significa che il gene proviene da un antenato comune. Inoltre, il 75% dei geni umani correlati alla malattia hanno ortologhi, o geni con funzioni simili, nella mosca.

Quindi, ora che abbiamo sentito un po ‘di ciò che rende Drosophila così grande per lo studio sperimentale, diamo un’occhiata ad alcune delle grandi ricerche che sono state fatte sulle mosche. All’inizio del 20 ° secolo, le mosche emersero per la prima volta come organismo modello nel laboratorio di Thomas Hunt Morgan. Nel 1910, Morgan scoprì una mosca dagli occhi bianchi tra una collezione di mosche dagli occhi rossi. Usando la microscopia, osservò i modelli di banding dei cromosomi e vide che lo stesso modello era sempre osservato nelle mosche dagli occhi bianchi. Con questi esperimenti stabilì la teoria cromosomica dell’ereditarietà per la quale vinse il Premio Nobel nel 1933.

Nel 1927, uno degli studenti di Thomas Hunt Morgan, Hermann Muller, scoprì che i raggi X possono indurre mutazioni genetiche. Muller vinse il premio Nobel nel 1946 per la sua scoperta.

Durante gli anni ’70 e ’80, Ed Lewis, Christiane Nusslein-Volhard ed Eric Wieschaus hanno eseguito screening per identificare una serie di geni essenziali durante lo sviluppo. Hanno identificato alcuni dei geni che stabiliscono gli assi dorsale-ventrale e anteriore-posteriore dell’embrione, così come i geni coinvolti nella segmentazione, che specificano il piano corporeo. Hanno vinto il premio Nobel nel 1995.

Nel 1990, Jules Hoffmann ha usato Drosophila per la ricerca sull’immunità innata, la prima linea di difesa contro gli agenti patogeni, come i batteri. Scoprì i recettori Toll e dimostrò la loro importanza per il rilevamento e la difesa dagli agenti patogeni. Qui ci sono emociti embrionali, cellule in grado di riconoscere e rispondere agli agenti patogeni nell’embrione di Drosophila. Hoffman ha vinto il premio Nobel nel 2011 per il suo lavoro sul sistema immunitario innato drosophila e ha condiviso il premio con Bruce Beutler e Ralph Steinman per il loro lavoro sull’immunità innata nei mammiferi.

Il lavoro in Drosophila ha molte applicazioni importanti, che vanno dalla genetica alle malattie umane. Ad esempio, la genetica dello sviluppo è spesso omologa, quindi l’identificazione e la caratterizzazione dei geni che regolano lo sviluppo nelle mosche è stata importante per comprendere lo sviluppo umano. Il gene Drosophila “senza occhi” è essenziale per lo sviluppo della mosca. Gli omologhi dei mammiferi di eyeless hanno molte somiglianze funzionali, quindi la comprensione dello sviluppo dell’occhio di Drosophila potrebbe avere implicazioni nella comprensione dello sviluppo e della malattia dell’occhio umano.

La ricerca sulla drosophila può anche avere implicazioni nella comprensione delle malattie neurologiche umane. Ad esempio, l’espressione di un gene umano coinvolto nella malattia di Parkinson nella mosca, porta a una perdita di neuroni nel tempo e ad un accumulo di aggregati proteici che culmina in una diminuzione della capacità locomotoria.

La ricerca nella mosca ha portato a importanti conoscenze sullo sviluppo e la funzione del cuore umano. Molti geni associati alla funzione cardiaca sono conservati tra le mosche e gli esseri umani e, come gli esseri umani, l’allenamento fisico può migliorare notevolmente le prestazioni con i compiti fisici.

Hai appena visto l’introduzione di JoVE a Drosophila melanogaster. In questo video abbiamo esaminato le caratteristiche di Drosophila, i motivi per cui rende un organismo modello così potente, nonché importanti scoperte e applicazioni. Sebbene possano sembrare molto diversi dagli esseri umani, la ricerca sulla Drosophila è stata un’importante fonte di comprensione dello sviluppo umano e delle malattie. Solo il tempo dirà cosa riserva il futuro della ricerca sulla Drosophila.