Uma Introdução a Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster, também conhecido como "mosca-das-frutas", é um pequeno inseto que é comumente encontrado perto de frutas de amadurecimento. A drosophila é um organismo modelo amplamente utilizado para pesquisas científicas e o estudo deste organismo forneceu uma visão da genética eucariótica e da doença humana.

Para começar, vamos conhecer Drosophila como um organismo. Drosophila tem três segmentos principais do corpo - a cabeça, tórax e abdômen - bem como um único par de asas, e três pares de pernas. Eles têm entre 2-4 mm de comprimento e pesam cerca de 1 mg. As fêmeas são tipicamente maiores que os machos. Moscas de frutas do tipo selvagem têm grandes olhos vermelhos, e corpos amarelos pálidos ou castanhos claros com listras pretas no abdômen.

O ciclo de vida de Drosophila tem cerca de 2 semanas de duração, e é composto por 4 estágios principais: o embrião, larva, pupa e adulto. A vida média de Drosophila é entre 60-80 dias, porém a vida útil pode ser afetada por fatores como temperatura ou superlotação.

Moscas frutíferas estão presentes em todos os continentes, exceto na Antártida. Mais frequentemente eles são encontrados em climas tropicais, mas eles podem se adaptar a climas mais frios movendo-se dentro de casa.

Drosophila pode sobreviver em uma faixa de 12-35 °C. No laboratório, armazenamos moscas em incubadoras com 25 °C e 60% de umidade para sobrevivência e fertilidade ideais.

A dieta típica de Drosophila são os microrganismos, como a levedura, que habitam frutas e vegetais muito maduros e apodrecidos. No entanto, no laboratório, usamos alimentos compostos de farinha de milho, melaço, ágar, açúcar, levedura e água.

Agora que aprendemos um pouco sobre Drosophila, o organismo, vamos discutir por que os pesquisadores decidiram estudá-lo. Primeiro, o pequeno tamanho da mosca torna-os fáceis de manusear e anestesiar.

As moscas também são atraentes para trabalhar porque exigem equipamentos baratos para manter e abrigar em laboratório.

Graças ao seu curto ciclo de vida, leva aproximadamente 2 semanas a partir de quando o acasalamento é configurado para gerar nova descendência adulta. As fêmeas são extremamente férteis e podem colocar centenas de ovos por dia. Portanto, experimentos com moscas podem ser conduzidos rapidamente e com números amostrais muito altos.

Drosophila são fáceis de estudar, porque sua genética é simples em comparação com os mamíferos. O genoma de Drosophila é composto por apenas quatro cromossomos com aproximadamente 14.000 genes. Moscas também têm redundância genética limitada. Redundância genética significa que mais de um gene é responsável por uma determinada função biológica. Por exemplo, camundongos podem ter três cópias de um gene causando um fenótipo particular. Quando um gene é mutado, os outros podem compensar sem mudanças observáveis ou fisiológicas. Assim, o experimento da mutagênese em camundongos é menos informativo. Em contraste, as moscas podem ter apenas uma versão de um gene, então quando esse gene é mutado causa uma mudança no fenótipo, dando uma visão da função desse gene em particular.

Além disso, vários métodos foram desenvolvidos para induzir mutações genéticas, incluindo raios-X, ou irradiação UV, e recombinação homóloga. Por fim, muitos anos de pesquisa produziram uma comunidade amigável de cientistas de Drosophila, o que facilita o acesso ao vasto número de linhas mutantes e ferramentas genéticas.

Finalmente, as moscas são um excelente organismo modelo devido às suas impressionantes semelhanças genéticas com humanos e outros mamíferos. Aproximadamente 50% dos genes de mosca são homólogos dos genes dos mamíferos, o que significa que o gene se origina de um ancestral comum. Além disso, 75% dos genes relacionados à doença humana têm ortologs, ou genes com funções semelhantes, na mosca.

Então, agora que ouvimos um pouco sobre o que torna drosophila tão grande para estudo experimental, vamos verificar algumas das grandes pesquisas que tem sido feita em moscas. No início do século XX, as moscas surgiram pela primeira vez como um organismo modelo no laboratório de Thomas Hunt Morgan. Em 1910, Morgan descobriu uma mosca de olhos brancos entre uma coleção de moscas de olhos vermelhos. Usando microscopia, ele observou os padrões de banda de cromossomos, e viu que o mesmo padrão era sempre observado em moscas de olhos brancos. Com esses experimentos, ele estabeleceu a teoria cromossômica da herança pela qual ganhou o Prêmio Nobel em 1933.

Em 1927, um dos alunos de Thomas Hunt Morgan, Hermann Muller, descobriu que raios-x podem induzir mutações genéticas. Muller ganhou o Prêmio Nobel em 1946 por sua descoberta.

Durante os anos 70 e 80, Ed Lewis, Christiane Nusslein-Volhard e Eric Wieschaus realizaram telas para identificar uma série de genes essenciais durante o desenvolvimento. Eles identificaram alguns dos genes que estabelecem os eixos dorsal-ventral e anterior-posterior do embrião, bem como os genes envolvidos na segmentação, que especificam o plano corporal. Eles ganharam o Prêmio Nobel em 1995.

Na década de 1990, Jules Hoffmann usou drosophila para pesquisas sobre imunidade inata, a primeira linha de defesa contra patógenos, como bactérias. Ele descobriu receptores toll e demonstrou sua importância para detectar e defender contra patógenos. Aqui estão hemócitos embrionários, células que podem reconhecer e responder a patógenos no embrião Drosophila. Hoffman ganhou o Prêmio Nobel em 2011 por seu trabalho no sistema imunológico inato de Drosophila, e dividiu o prêmio com Bruce Beutler e Ralph Steinman por seu trabalho em imunidade inata em mamíferos.

O trabalho em Drosophila tem muitas aplicações importantes, que vão da genética à doença humana. Por exemplo, a genética do desenvolvimento é muitas vezes homóloga, por isso a identificação e caracterização de genes que regulam o desenvolvimento em moscas tem sido importante para a compreensão do desenvolvimento humano. O gene Drosophila "sem olhos" é essencial para o desenvolvimento na mosca. Os homólogos mamíferos de olhos sem olhos têm muitas semelhanças funcionais, entendendo assim que o desenvolvimento ocular de Drosophila pode ter implicações na compreensão do desenvolvimento do olho humano e da doença.

A pesquisa de drosophila também pode ter implicações na compreensão de doenças neurológicas humanas. Por exemplo, a expressão de um gene humano envolvido na doença de Parkinson na mosca, leva a uma perda de neurônios ao longo do tempo e um acúmulo de agregados proteicos culminando na diminuição da capacidade locomotor.

Pesquisas na mosca levaram a importantes conhecimentos sobre desenvolvimento e função do coração humano. Muitos genes associados à função cardíaca são conservados entre moscas e humanos, e, semelhante aos humanos, o treinamento de exercícios pode melhorar muito o desempenho com tarefas físicas.

Você acabou de assistir a introdução de JoVE a Drosophila melanogaster. Neste vídeo revisamos as características do Drosophila, as razões pelas quais ele faz um organismo modelo tão poderoso, bem como descobertas e aplicações importantes. Embora possam parecer muito diferentes dos humanos, a pesquisa de Drosophila tem sido uma importante fonte de compreensão do desenvolvimento humano e da doença. Só o tempo dirá o que o futuro da pesquisa de Drosophila reserva.