МАЛЕНЬКА МУХА, ЩО ЗМІНИЛА СВІТ

Андрій ГЛОВ’ЯК та Ігор ЮРКЕВИЧ

Ідея написання про плодову мушку Дрозофілу (Drosophila Fallén, 1823) з’явилась у нас у зв’язку із тривалою роботою пов’язаною із фізіологією старіння цієї комахи. Вчені всього світу кристально вивчають Дрозофіл, не в тому розумінні, що їх так цікавлять комахи, а тому, що результати досліджень можна перенести на нас – людей. Мабуть, жодна жива істота не дала людству стільки відкриттів, як маленька плодова мушка Дрозофіла – вона змінила світ.

Дрозофіла бурочерева (Drosophila melanogaster Meigen, 1830) є одним із найпоширеніших видів в родині Мух-дрозофіл (Drosophilidae), ряду Двокрилих або Мух (Diptera Linnaeus, 1758). Починаючи із робіт Чарльза Вудворта, цей вид найчастіше використовують у біологічних лабораторних дослідженнях, включаючи в галузі ґенетики, фізіології, мікробного патоґенезу та історії еволюції життя, тому що її легко утримувати, має малу тривалість життя, і відкладає багато яєць. Мухи, що належать до родини Мух-осетниць (Tephritidae Macquart, 1835) називають також плодовими мушками, які можна переплутати з Дрозофілами, особливо в Австралії, де термін “плодові мухи” відноситься саме до Мух-осетниць. Тут вони є економічними шкідниками у галузі вирощування та переробки фруктів.

Дрозофіли бурочереві дикого типу мають цегляно-червоний колір очей, жовто-коричневого кольору черевце, посмуговане чорними кільцями. Вони мають статевий диморфізм: самки близько 2,5 мм довжиною, самці трохи менші і задня частина їх тіла темніша. Вага самки близько 1 мг, самців дещо менша. Тривалість життя дрозофіли залежить від температури – коли температура знижується, комахи живуть довше, а при підвищенні – навпаки, менше. Життєвий цикл при температурі 25°С становить близько 14 днів. Впродовж життя кожна муха проходить низку стадій розвитку, які вчені називають онтоґенезом – індивідуальним розвитком. Кожна Дрозофіла народжується із яйця і проходить три личинкові стадії, після чого заляльковується, і тільки по тому з’являється доросла муха – імаґо, яку ми усі знаємо.

Очі Дрозофіли займають більше половини її голови. Це складні органи – фасеткові очі, які побудовані із 760 простих вічок, оматидіїв, і є одними з найбільш проґресивних серед комах. Кожен оматидій містить 8 фоторецепторних клітин (R1-8). Мухи дикого типу мають червонуватий пігмент клітини, який слугує для поглинання синього та фіолетового спектрів світла і можливості бачити у невидимому для людини ультрафіолетовому спектрі. Фоторецептори у дрозофіли представлені різними ізоформами родопсину. R1-R6 фоторецепторні клітини поглинають синє світло (довжина хвилі рівна 480 нм). R7 і R8 клітини експресують поєднання або RH3 або Rh4, які поглинають ультрафіолетове випромінювання (345 нм і 375 нм), і Rh5 або RH6, які поглинають синє (437 нм) та зелене (508 нм) світло відповідно. Кожна молекула родопсину складається з білка опсину ковалентно зв’язаного із каротиноїдом хромофору, 11-цис-3-гідроксиретиналю. Приблизно дві третини мозку дрозофіли відведено лише візуальній обробці інформації.

Томас Хант Морґан, працюючи у Колумбійському університеті, почав використовувати плодових мушок у 1910 році з метою експериментів із дослідження спадковості. Лабораторія Морґана називалась “Кімната мух” (англ. “Fly room” – авт.), в якій науковці разом зі студентами вивчали закони спадковості. Дрозофіла бурочерева була одним з перших орґанізмів, яку використовували для ґенетичних досліджень. І на сьогодні вона залишається такою ж, причому це найбільш детально вивчений вид із усіх евкаріотичних орґанізмів – у Дрозофіли бурочеревої детально маповані усі хромосоми і досліджені усі мутації… Цю маленьку мушку використовують, як модель, адже усі живі організми на Землі побудовані за однією і тією ж загальною ґенетичною схемою. Тому, розуміння ґенетичних процесів, наприклад, транскрипції чи реплікації у плодових мушок, можна перенести, екстраполювати на інших еукаріот, включаючи людину.

Чому саме Дрозофілу використовують в ґенетичних дослідженнях? Та тому, що догляд за популяцією мух вимагає мінімум оснащення та небагато місця навіть при використанні великих культур, і загальна вартість обладнання і реактивів низька. Вона має швидку зміну поколінь, тож кілька поколінь можуть бути вивченими впродовж декількох тижнів. Дрозофіла бурочерева має високу плодючість (самки відкладають до 100 яєць на день). Дрозофіла має тільки чотири пари хромосом: три автосоми і одну статеву хромосому. Повний ґеном дрозофіли був послідовно розшифрований і вперше опублікований в 2000 році.

Близько 75% людських ґенів хвороб наявні й у ґеномі Дрозофіли бурочеревої, а понад 50% білків цієї мухи гомологічні білкам ссавців, куди належимо і ми з Вами! Дрозофілу успішно використовують для моделювання тяжких нервових захворювань людини, наприклад, хвороби Паркінсона, Альцґеймера, Гантінґтона, спиноцеребральної атаксії та інших. Окрім того плодова мушка стала об’єктом для досліджень оксидативного стресу, імунологічних тестів, діабету, раку, передозування наркотиками та багато іншого.

На основі імунітету Дрозофіли вчені намагаються розробити антибактеріальні препарати нового покоління. Імунна система цієї комахи, формує дві відповіді на інфекцію – гуморальну (гормональну – ред.) і клітинну. Першу системну відповідь становить Toll та IMD шляхи, паралельні системи виявлення мікроорганізмів. Антибактеріальні пептиди синтезуються у жировому тілі Дрозофіли, яке вважається гомологом печінки людини. Ці пептиди виділяються у гемолімфу, де атакують патоґенних бактерій, вбивають їх, продірявлюючи клітинні стінки. Сьогодні вчені намагаються очистити ці пептиди і використовувати їх в якості антибіотиків.

Отож, незважаючи на те, що плодова мушка має доволі просту будову орґанізму, однак, вона має такі ж молекулярні механізми як і всі інші тварини. Саме тому вона є вигідною для досліджень з ґенетики, фізіології, патоґенезу та інших біологічних наук.