Departamento de Genética, Facultad de Ciencias Biológicas

Juan Antonio Navarro Langa
Departamento de Genética, Facultad de Ciencias Biológicas;
Universitat de València. [email protected]
¿Pero, quién es Drosophila melanogaster?
A Drosophila melanogaster la conocemos y tratamos desde hace muchos años en nuestras casas, aunque muy
probablemente nos la presentaron con el nombre de mosca de la fruta o mosca del vinagre. Es esa mosca que aparece
cuando dejamos abierta una botella de vino en nuestras casas. Tiene un tamaño de unos 2’5 mm, decir su manejo
exige el uso de lupas e instrumentos similares. En estado salvaje se suele alimentar de levaduras que fermentan los
jugos de las plantas y en el laboratorio a base de una papilla preparada con harina de maiz, azúcar y levadura, que se
espesa con agar. Se añaden también un fungicida y un bactericida para evitar contaminaciones. El ciclo biológico que
se describe en la figura 1, consta de:
-Huevo: De color blanco y recubierto de una gruesa envoltura llamada corión. A las 22 horas a 25ºC emerge la larva.
-Larva: Es la fase de crecimiento. De color blanco, vive en la papilla en la cual perfora canales. Tiene 3 estadios
larvarios, con dos mudas.
-Pupa: Es la fase de metamorfosis. La larva pupa dentro de su última piel que al principio es blanca y flexible y se
endurece y oscurece con el tiempo. Tras pupar los tejido de la larva se desintegran y se desarrollan los tejidos adultos
a partir de unas estructuras embrionarias llamadas discos imaginales.
-Adulto: Esta fase comienza cuando emerge de la pupa. Recién salido de la pupa el adulto es de color blanco y tiene
las alas plegadas. Tarda unas 3-4 horas en adquirir color y desplegar las alas y unas 6 horas en alcanzar la madurez
sexual. Esto es importante ya que en muchos experimentos es obligatorio trabajar con hembras vírgenes, porque las
hembras de Drosophila almacenan esperma de su primera cópula y esto es un gran inconveniente para realizar
estudios genéticos que impliquen el cruzamiento entre moscas con diferencias en su ADN.
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Figura 1. Ejemplos de la estructura
de diferentes tejidos de la mosca del
vinagre.
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¿Por qué Drosophila es útil para la investigación?
Drosophila melanogaster lleva más de un siglo siendo empleada como organismo modelo para
todo tipo de estudios genéticos ya que presenta una serie de características que la hacen
especialmente interesante, entre ellas:
1. Enorme facilidad de cultivo y manipulación en el laboratorio.
2. Tiempo de generación relativamente corto, entre 10 y 12 días a temperatura de 25ºC.
3. En cada generación se obtiene abundante descendencia que nos permite llevar a cabo de
manera simultánea diferentes experimentos.
4. Disponibilidad de la secuencia completa de su genoma.
5. Su biología ha sido ampliamente estudiada y se conoce con enorme detalle en todos sus
momentos del desarrollo.
6. Este siglo de historia ha permitido la generación de un gran número de cepas especiales y de
líneas mutantes y el desarrollo de técnicas y metodologías para la realización de análisis
genéticos y moleculares muy detallados.
¿Una mosca para investigar enfermedades humanas?
1. Es un excelente organismo modelo intermedio entre organismos unicelulares como levadura y
modelos vertebrados como el ratón o el pez zebra para el estudio de enfermedades humanas, por
una serie de razones que se exponen a continuación:
2. Muchas de las rutas que dirigen procesos básicos del desarrollo de vertebrados e invertebrados
han permanecido intactas en ambos organismos a lo largo de la evolución. Esto implica una
aplicación casi inmediata a los sistemas vertebrados de todo aquello que se descubra en
Drosophila.
3. Entre esos procesos semejantes, encontramos: establecimientos de asimetrías anterio-posterior y
dorsal-ventral, formación de estructuras complejas como los ojos, el corazón, sistema
inmunitario, sistema nervioso…e incluso procesos de control de comportamiento.
4. Es el primer organismo de los llamados modelo que presenta corazón.
5. Se ha comprobado experimentalmente que muchos genes de Drosophila pueden reemplazar
funcionalmente a sus equivalentes en otros organismos.
6. La mitad de las proteínas de Drosophila tienen similitudes importantes con proteínas de
mamíferos.
7. El 61% de los genes humanos responsables de enfermedades hereditarias y el 68% responsables
de cáncer tienen un gen equivalente en Drosophila.
8. Por ejemplo, la degeneración del sistema nervioso tiene características comunes en el hombre y
Drosophila: deterioro progresivo, muerte neuronal, aparición tardía..
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En esta figura se muestra inicialmente
el ciclo de vida de la mosca del
vinagre (1), descrito con anterioridad.
También se observa claramente el
amplio conocimiento que se ha
adquirido sobre Drosophila a lo largo
de más de cien años de su uso como
modelo experimental en múltiples
disciplinas. En la fotografía 2 se
pueden ver parte de los 17 estadíos en
los que se divide el desarrollo del
embrión; cada color corresponde a un
tejido diferente. Así por ejemplo las
imágenes 3-4-5 muestran con gran
detalle el desarrollo en el huevo de los
sistemas muscular y nervioso (central4- y periférico-5-). Las figuras
posteriores (6 a la 11) enseñan como
sigue el desarrollo de estos sistemas en
los
estadíos
posteriores
del
crecimiento. De cada uno de estos
tejidos se conoce con bastante
exactitud el número de células finales
e incluso para muchas de ellas se
conoce su historia personal, pues se ha
seguido su desarrollo a lo largo del
espacio y el tiempo. Mención aparte
merece la imagen 12, que muestra
cómo este amplio conocimiento se
extiende a células tan concretas como
las que forman los ojos compuestos de
estas moscas, ya que estas estructuras
se ha convertido en una poderosa
ventaja a la hora de observar el efecto
de mutaciones de muy amplio rango
que
no
tienen
porqué
estar
relacionadas directamente con los ojos.
En esta figura se pretende ilustrar
una de las ventajas de Drosophila.
Dada la gran cantidad de material y
de cepas especiales disponibles, en
muchas ocasiones los experimentos
se realizan mediante sencillos
cruzamientos. Pero la tarea más
laboriosa es el análisis de los
descendientes de estos cruces. (1)
Muestra dos de los sistemas
clásicos,
la
producción
de
mutaciones al azar mediante
compuestos químicos (EMS) o con
medios físicos (rayos X). (2) Nos
enseña el otro extremo, la técnica
más
moderna,
la
ablación
específica de un gen concreto. (34-5) En muchas ocasiones la
mutación que se quiere analizar es
letal para la mosca, lo que
complica su estudio. Se han
desarrollado líneas que permiten
que la mutación no afecte a todo el
individuo sino a partes concretas
que no son esenciales para su
supervivencia, en este aspecto
destacan por encima del resto los
ojos (3). Finalmente la imagen 6
nos presenta otro sistema clásico
pero de intención diferente. Hasta
ahora los sistemas descritos
eliminan un gen, pero este aumenta
su producción, además es posible
hacerlo donde y cuando se desee.
1
Moscas no
interesantes
Una copia de
la mutación
Dos copias.
Buscar defectos
2
Buscar moscas con los ojos reducidos
2
3
4
5
6
Expresión en
un tejido
concreto
Activación del gen X
1
2
4
3
6
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Vale, pero ¿qué enfermedades se están estudiando?
1. Se han descrito mutantes de Drosophila con parámetros similares a las enfermedades humanas:
eggroll (Tay-Sachs); bubblegum (adrenoleucodistrofia); drop-dead (e. de Werner) ...
2. Actualmente ya se está trabajando con modelos para el estudio de distintos tipos de
enfermedades:
• Parkinson.
• Huntington.
• Tumorales o Cancerosas.
• Relacionadas con la duración y extensión de la vida.
• Cardiovasculares y cardiomiopatías.
• Degenerativas del sistema nervioso.
• Que afectan al comportamiento locomotor.
• Desórdenes inmunitarios.
• Primeros estudios de enfermedades multigénicas.
• Incluso, enfermedades infecciosas.
• Entre otras….
Figura 2. Ejemplos de estrategias
que se emplean en Drosophila.
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Figura 3. Lo que se ve cuando se llevan a cabo los experimentos.
Aquí se enseña una muestra muy reducida de posibilidades, pero suficiente para dar una idea del potencial de Drosophila melanogaster. En la imagen 1
vemos el efecto que ciertas mutaciones en genes del sistema nervioso pueden generar sobre los ojos; la fila inferior nos muestra a estructura del ojo con
mayor detalle. (2) En esta figura se recoge la posibilidad de inducir mutaciones más agresivas, la línea superior muestra la generación de estructuras
cancerosas, la central reducciones en el tamaño de los lóbulos cerebrales y la inferior mutaciones que afectan a una estructura entera como es la cabeza. (3)
Una de las posibilidades más extendidas es el empleo de sistemas que permiten visualizar defectos en las estructuras del individuo, como por ejemplo en el
sistema muscular del huevo o embrión. (4) Las técnicas actuales permiten estudiar todos estos defectos a nivel de ultraestructura viendo lo que ocurre en el
interior de cada célula , comparando los resultados con los humanos a niveles impensables hasta hace muy poco. (5)En algunas ocasiones la mutación no
provoca en la mosca ningún defecto visible a lo largo de todo su desarrollo: hoy en día se realizan estudios totalmente aceptados que permiten estudiar
efectos sobre el comportamiento. (6-7) La creciente importancia que esta adquiriendo la mosca del vinagre ha motivado la incorporación a este campo de
estudio de empresas de biotecnología que permiten la adquisición de microchips de ADN y de líneas de células específicas de Drosophila que facilitan
ciertos experimentos, muy complejos de ejecución en el organismo completo.
Figura 4. Recursos accesibles online
En la tabla se describen algunas de las
páginas web de mayor difusión entre
los investigadores del ramo, se ha
incluido unas pequeñas notas sobre el
contenido de cada una. La imagen
inferior no está sacada de ninguna
página de cine “gore” es el
encabezamiento de la web más
relevante de todo lo que hemos contado
en este poster. En ella se comparan los
genes causantes de enfermedades en
humanos frente a los genes de
Drosophila melanogaster.