vasekk/Shutterstock
Fruitvliegjes kunnen echt vervelend zijn als ze door je woonkamer zoemen of in je wijn landen. Maar we hebben veel aan deze kleine lastposten te danken – ze hebben een revolutie in de biologische en medische wetenschap teweeggebracht.
Vliegen en muggen behoren beide tot de Diptera, de groep insecten die slechts twee vleugels hebben (van het Griekse di wat twee betekent en pteron wat vleugel betekent). Maar net zoals de meeste mensen zowel de vervelende als de positieve eigenschappen van hun vrienden accepteren, moeten we vliegen niet alleen beoordelen op hun negatieve gedrag.
We moeten onze ogen openen voor hun enorme economische en ecologische belang, zoals entomologe Erica McAlister betoogt in haar boek The Secret Life of Flies. Veel planten (waaronder de cacaoplant die ons chocolade geeft) zijn bijvoorbeeld afhankelijk van Diptera als bestuivers. Of probeer je een wereld voor te stellen zonder vliegen die dode dieren afbreken.
Ik zal echter vanuit een andere hoek argumenteren om je respect te winnen voor één specifieke Diptera: de fruit- of azijnvlieg (Drosophila melanogaster).
Drosophila mag dan kleiner zijn dan een vingernagel, maar hij kan in de zomer een grote plaag zijn als hij boven rijpend fruit zweeft of in zwermen uit afvalbakken tevoorschijn komt. De soort Drosophila werd voor het eerst genoemd door de Duitse entomoloog Johann Meigen in 1830 en heeft sindsdien een beroemdheidsstatus verworven onder wetenschappers. Het is uitgegroeid tot het best begrepen dierlijke organisme op aarde en een motor van modern medisch onderzoek. Tien wetenschappers die aan Drosophila werkten, hebben een Nobelprijs voor fysiologie of geneeskunde gekregen.
Het partnerschap van de wetenschap met vliegen begon begin 1900 toen bioloog Thomas Hunt Morgan aan de Columbia Universiteit in New York besloot om evolutietheorieën te testen, zoals hoe genetische mutaties verband houden met andere eigenschappen, en de herontdekking in 1900 van Gregor Mendel’s theorieën over overerving, gepubliceerd in 1865. Mendel blijft vandaag de dag de erkende vader van de genetica.
Wetenschap op gang helpen
Morgan was niet de eerste die met Drosophila werkte. Maar zijn idee om gebruik te maken van de goedkope houderij van de vlieg (stukjes banaan bewaard in melkflessen) en de snelle voortplanting (één generatie in ongeveer tien dagen; ongeveer 100 eitjes per vrouwtje per dag) zou het mogelijk maken om evolutie in het laboratorium te bestuderen. Het is namelijk makkelijker om evolutionaire veranderingen te zien in grote populaties van een soort met een hoge omloopsnelheid.
Zijn massale kweekexperimenten met honderdduizenden vliegen leidden tot de ontdekking van een enkele vlieg met witte ogen, in plaats van de rode ogen die fruitvliegen normaal hebben. De daaropvolgende studies van Morgan en zijn team naar de nakomelingen met witte ogen onthulden dat genen kunnen muteren en dat ze geordend zijn in ordelijke en reproduceerbare kaarten op chromosomen (een lange DNA-molecule). Dit nieuwe inzicht vormde de basis voor de klassieke genetica zoals wij die nu kennen. Het leidde bijvoorbeeld tot een beter begrip van hoe genetische ziekten overgeërfd worden.
In de jaren 1940 stelden wetenschappers, waaronder George Beadle en Edward Tatum, vast dat sommige gencodes voor eiwitten chemische reacties kunnen vergemakkelijken en de moleculen kunnen produceren die nodig zijn in cellen.
Andere onderzoekers brachten met fruitvliegjes de structuur van de DNA-helix in kaart. Door deze ontwikkelingen kwamen lang bediscussieerde vragen in beeld. Bijvoorbeeld hoe genen complexe biologische processen reguleren, zoals de ontwikkeling van een heel organisme uit één enkele bevruchte eicel.
Wetenschappers ontwikkelden geleidelijk technieken met microscopen om Drosophila embryo’s te bestuderen in hun minuscule 0,5 mm doorzichtige eierschalen. De overvloed aan genetische strategieën die we bij vliegen hebben geleerd, is een krachtig middel geworden om de ontwikkelingsmechanismen van vliegen te ontleden. Net zoals bij mensen genmutaties misvormingen aan het lichaam kunnen veroorzaken, vertonen vliegenembryo’s ook zulke afwijkingen. Ze missen bijvoorbeeld hun kop of staart.
Wetenschappers kunnen gemuteerde afwijkingen bestuderen, zelfs als de eitjes nooit uitkomen, wat ons dan kan informeren over de normale functie van het aangetaste gen. Dit soort genetische studies van Drosophila, gecombineerd met opkomende technologieën, zoals het klonen van genen, hebben ons geholpen te begrijpen hoe genennetwerken de ontwikkeling van een lichaam kunnen bepalen en hoe ze soms erfelijke aandoeningen kunnen veroorzaken. Genetische netwerken zijn een verzameling genen, of delen van genen, die met elkaar samenwerken om een specifieke celfunctie te regelen. In 1995 wonnen drie wetenschappers de Nobelprijs voor hun bijdrage aan dit nieuwe inzicht.
Fruitvliegen en mensen hebben een verrassend vergelijkbare biologie.
Andreas Prokop, Verstrekte auteur
Een verrassende gelijkenis
Uiteindelijk bleek dat het hele genoom van vliegen en mensen verbazingwekkende overeenkomsten vertoonde, en mechanismen of processen die ontdekt waren in vliegen bleken vaak van toepassing op complexere organismen. Veel menselijke genen kunnen zelfs de functie van hun Drosophilia-equivalent overnemen als ze in het genoom van de vlieg worden ingebracht.
De gemeenschappelijke voorouder die een half miljard jaar geleden de evolutionaire lijnen van vliegen en mensen vormde, lijkt te zijn uitgerust met een biologie die zo goed ontworpen is dat veel van zijn aspecten nog steeds behouden zijn, zoals groeimechanismen of neuronale functies. Omdat we genetisch zo op elkaar lijken, zijn veel aspecten van de menselijke biologie en ziekte eerst onderzocht in Drosophila. Ondertussen is onderzoek op fruitvliegen snel, kosteneffectief en extreem veelzijdig. Het is ideaal voor wetenschappelijke ontdekkingen.
Als er eenmaal kennis is opgedaan in een vlieg, kan die kennis het onderzoek in complexere organismen versnellen. Vandaag de dag werken er wereldwijd naar schatting meer dan 10.000 onderzoekers met Drosophila op vele gebieden van de wetenschap die verband houden met de menselijke biologie en ziekte. Het wordt gebruikt door neurowetenschappers om leren, geheugen, slaap, agressie, verslaving en neurale aandoeningen te bestuderen. Om nog maar te zwijgen van kanker en veroudering, ontwikkelingsprocessen, het darmmicrobioom, stamcellen, spieren en het hart.
Dat gezegd hebbende, vliegen zijn geen mini-mensen. Ze kunnen bijvoorbeeld niet gebruikt worden om persoonlijkheidsverlies bij de ziekte van Alzheimer te bestuderen. Maar ze kunnen wel gebruikt worden om te bestuderen waarom neuronen afsterven bij zulke ziekten en om belangrijke hiaten in ons begrip van dit soort ziekten te dichten.
Fruitvliegjes die in je keuken zweven zijn misschien vervelend, maar hopelijk zie je ze nu in een ander licht.
Andreas Prokop ontving financiering van The Welcome Trust en UKRI.
