¿Por qué la mosca?

Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster, comúnmente conocida como la mosca de la fruta, se ha utilizado como organismo modelo para la investigación biológica durante más de 100 años. Actualmente, Drosophila es uno de los modelos animales mejor comprendidos conceptualmente en las ciencias biomédicas, y el ideal para ser utilizado como una herramienta de enseñanza en las escuelas para transmitir conceptos fundamentales de biología. Muchos aspectos de la medicina moderna se basan en fundamentos establecidos a través de la investigación con Drosophila (primera película). A la fecha se han otorgado seis premios Nobel en «Fisiología y/o Medicina» a 10 investigadorxs que hicieron descubrimientos innovadores en Drosophila.

6 premios Nobel de «Fisiología o Medicina» a 10 científicxs por su trabajo innovador con Drosophila:

 

Lo que las moscas nos han enseñado

Como se explica en la primera película, la investigación utilizando Drosophila comenzó a principios del siglo pasado en el campo de la genética y sentó las bases esenciales de la biología moderna. Desde entonces el trabajo con Drosophila nos ha proporcionado información de un amplio espectro de temas de biología básica. Drosophila nos ha enseñado cómo se organizan los genes en los cromosomas, las reglas de herencia, así como numerosos mecanismos de regulación de la información genética, la naturaleza de las mutaciones y el peligro de la radiación.

Drosophila nos permitió identificar los primeros genes involucrados en el procesamiento de la información en células nerviosas y comprender las bases moleculares del aprendizaje, entender como funciona nuestro reloj biológico, los principios del desarrollo embrionario, incluida la formación y la organización fundamental del sistema nervioso, los mecanismos clave del sistema inmune, la dinámica de los genes en grandes poblaciones (genética de poblaciones), además, de ser la primera especie animal generada artificialmente (Drosophila sintética) que demuestra cómo funciona la evolución.

Gracias a su uso hemos logrado avanzar en la comprensión de la importancia de la nutrición para el rendimiento biológico y la longevidad, también nos permitió identificar conceptos claves en la biología fundamental de las células madre y el cáncer (división y proliferación celular).

Drosophila incluso nos está ayudando a comprender cómo ciertos defectos genéticos pueden conducir a una variedad de enfermedades, incluidas las enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson. Muchos aspectos de la medicina moderna se basan en fundamentos establecidos a través de la investigación con Drosophila.

Publicaciones de fenómenos estudiados en Drosophila

  • Brookes, M. (2001/2002). “Fly: The Unsung Hero of Twentieth-Century Science.” Ecco/Phoenix, — [LINK]
  • Held Jr., L. I. H. (2017). “Deep homology? Uncanny similarities of humans and flies uncovered by evo-devo.” Cambridge University Press, Cambridge — [LINK]
  • Kohler, R. E. (1994). “Lords of the fly. Drosophila genetics and the experimental life.” The University of Chicago Press, Chicago, London — [LINK]
  • Lawrence, P. (1992). “The making of a fly: the genetics of animal design.” Blackwell Science, Oxford — [LINK]
  • Prokop, A. (2016). Fruit flies in biological research. Biological Sciences Review 28, 10-14 — [LINK]
  • Prokop, A. (2018). Why funding fruit fly research is important for the biomedical sciences. Open Access Government 20, 198-201 — [LINK and as GSA blog]
  • Mohr, S. E. (2018). “First in fly – Drosophila research and biological discovery.” Harvard Univ. Press, Cambridge, MA and London, UK — [LINK]
  • Weiner, J. (1999). “Time, Love, Memory : A Great Biologist and His Quest for the Origins of Behavior.” Vintage Books, Random House Inc., New York — [LINK]

Más recursos de información relacionadas con Drosophila se pueden encontrar aquí. Si quieres divertirte, juega al videojuego de Drosophila:

Haz clic en la imagen para jugar!

1ª clave del uso de Drosophila: Es rentable y eficiente

La investigación con Drosophila es altamente rentable, asequible incluso para científicxs con un presupuesto limitado. En comparación con mantener animales de mayor tamaño, el cultivo de moscas tiene un costo muy bajo y requiere poco espacio. Por lo tanto, estos pequeños organismos son ideales para experimentos a gran escala o de alto rendimiento. Drosophila tiene una vida útil de dos meses y un ciclo generacional de 10 días, en tan solo 3 semanas una mosca adulta se convierte en abuela. Por lo tanto, los árboles genealógicos de muchas generaciones se dibujan rápidamente, y la investigación avanza más rápido que en animales más complejos. Mientras que algunos experimentos con ratones pueden durar meses, o incluso años, con Drosophila suelen llevar semanas o unos pocos meses. Otro factor que acelera la investigación es el hecho de que existen muy pocas restricciones legales para la investigación con Drosophila, y los experimentos pueden iniciarse sin tener que esperar alguna aprobación formal.

Los 4 pares de cromosomas en Drosophila: el cuarto es muy pequeño, el primero es XX en hembras y XY en machos.

Drosophila es ideal para análisis genéticos, debido a que solo tiene 4 cromosomas. Esto facilita el manejo de mutaciones genéticas únicas o incluso en combinaciones para estudiar sus funciones fundamentales dentro de las redes genéticas y descifrar procesos biológicos complejos. La comprensión derivada de dicha investigación presenta una plataforma valiosa para su implementación en animales superiores.

Las moscas se mantienen en viales con alimento (A), que se pueden almacenar en grandes cantidades en incubadoras de laboratorio (B). Se puede controlar fácilmente un gran número de moscas bajo el microscopio (C, D) en una almohadilla hecha a medida (E) que libera CO2 para anestesiarlas durante unos minutos

Gracias al sencillo mantenimiento de Drosophila, es fácil generar una gran progenie genéticamente idéntica, facilitando la experimentación ya que debido a la poca variación genética entre los diferentes individuos se obtienen resultados reproducibles. Así, los antecedentes genéticos individuales (que plantean un problema en la medicina humana y requieren medicina personalizada) pueden excluirse como un factor de incertidumbre durante la experimentación. Gracias a los procedimientos eficientes para el mantenimiento de moscas, es fácil realizar los llamados genetic screens (rastrillajes genéticos), una técnica experimental utilizada para identificar mutaciones en genes particulares asociadas a un fenotipo de interés. Así, un rastrillaje genético permite proporcionar información muy importante acerca de la función de los genes y de los eventos moleculares involucrados en un proceso biológico.


Drosophila tiene un desarrollo rápido, lo que la hace ideal para el estudio de procesos biológicos e incluso mecanismos involucrados en enfermedades.

Drosophila es tan pequeña que se pueden analizar embriones u órganos completos como el cerebro en alta resolución bajo el microscopio o incluso reconstruirlos en 3 dimensiones (ver a continuación video que muestra el desarrollo embrionario en vivo desde dos ángulos).

La segunda ventaja radica en la larga historia de la investigación de Drosophila. Las moscas fueron introducidas como organismo modelo en genética por T.H. Morgan hace más de 100 años (enlace1, enlace2), y se ha mantenido a la vanguardia en la investigación biológica desde entonces. Lo que ha llevado a una acumulación continua y sin precedentes de …

… un excepcional y profundo conocimiento sobre la biología de Drosophila…
… una amplia disponibilidad de recursos e infraestructura específicas para la investigación con Drosophila…

… estrategias y tecnologías de vanguardia en la investigación, constantemente mejoradas.

Sabías que obtienes 10 veces más conocimiento en el campo de la biología por cada dólar invertido en Drosophila de lo que obtendrías con ratones [enlace]. Además, el conocimiento fundamental de la biología es el elemento vital para la investigación de las causas y el tratamiento de enfermedades.

3ª clave: Similitud con los humanos

¿No soy yo una mosca como tú? ¿O no eres tú un hombre como yo? (de «La Mosca» por W. Blake, 1794)

La tercera clave radica en nuestras raíces evolutivas, muchos de nuestros órganos aún comparten principios fundamentales de organización y función (ver órganos). En consecuencia, los genes y los procesos biológicos fundamentales que sustentan la salud y la enfermedad en los humanos frecuentemente son muy similares a los que se pueden estudiar en Drosophila. Se ha estimado que alrededor del 75% de los genes relacionados con enfermedades humanas tienen un homólogo en el genoma de Drosophila (Reiter et al., 2001, Genome Res 11, 1114ff). Por lo tanto, las moscas se utilizan como «tubos de ensayo» para iniciar la investigación sobre un gen o proceso biológico de interés, y posteriormente se determina si la información obtenida en Drosophila es aplicable en ratones y en humanos.

Por ejemplo, Drosophila ha sido un excelente modelo para el estudio de la enfermedad de Alzheimer, proporcionado información fundamental para el entendimiento de los mecanismos biológicos que participan en la degeneración de las células nerviosas. Si bien no se puede asumir a Drosophila como un minihumano, por ejemplo, no se pueden estudiar ciertas peculiaridades humanas como la pérdida de personalidad (uno de los aspectos característicos de la enfermedad). La información que proporciona puede ser crucial para el desarrollo de posibles tratamientos para el Alzheimer ya que si se pueden estudiar otras características en la mosca, como la pérdida de la memoria. La lista de casos en los que el trabajo con Drosophila ha inspirado o acelerado significativamente los avances en la investigación de mamíferos o humanos es impresionante.

En conclusión…

… trabajar con Drosophila nos ha ayudado a generar conocimiento fundamental en muchas áreas de la biología, incluida la genética clásica, la biología del desarrollo, la fisiología, la nutrición, el desarrollo, función del sistema nervioso, la biología de las células madre, los estudios del comportamiento (por ejemplo, aprendizaje, sueño, agresión).

Además, las moscas se utilizan con frecuencia para estudiar los mecanismos subyacentes de diversas enfermedades humanas, incluido el cáncer y la neurodegeneración (enlace). De esta manera, Drosophila seguirá siendo un pilar en el proceso de descubrimiento científico en el futuro previsible, proporcionando un medio poderoso para impulsar el descubrimiento y la investigación en animales superiores y humanos.