Как дрозофилы помогают понять генетику человека

Внешне плодовые мухи Drosophila melanogaster и люди имеют мало общего. Однако именно их ученые часто используют для того, чтобы лучше понять генетику человека. И вот почему.

Особенности генетики дрозофил. Около 60–70% генов человека имеют функциональные аналоги у дрозофилы. Геном этой мухи содержит более 75% генов, мутации в которых связаны с наследственными заболеваниями человека. Более того, у них присутствуют многие гены, участвующие в развитии рака (включая гены-супрессоры опухолей и протоонкогены), что позволяет ученым моделировать онкологические заболевания. Именно поэтому результаты исследований на дрозофилах дают важные сведения о том, как тот или иной процесс может протекать у людей.

Геном мухи состоит всего из 4 пар хромосом (8 хромосом), тогда как у мышей — из 20 пар (40 хромосом), а у человека — из 23 пар (46 хромосом). А общее количество генов, кодирующих белки, у дрозофилы составляет около 13 600 — почти в два раза меньше, чем у человека.

Подходящие условия содержания. Мухи не требуют много места и неприхотливы в содержании. Им достаточно небольшого пластикового или стеклянного контейнера и питания.

Высокая плодовитость и быстрое развитие. В оптимальных условиях самка дрозофилы откладывает до 100 яиц в день. Следовательно, ученые получают большое количество насекомых в кратчайшие сроки.

При температуре 25°C полностью сформировавшиеся мухи развиваются из яиц за 10–12 дней. Таким образом в лаборатории можно получать до 25–30 поколений в год. Для сравнения: лабораторные мыши дают всего 4–6 поколений в год.

Легкость генетической модификации. Исследователи могут относительно легко модифицировать геном дрозофилы. Для этого ученые часто используют, например, генетические ножницы Crispr-Cas9, которые позволяют изменять или отключать определенные участки генома в клетке мухи. Система UAS/Gal4 — один из самых мощных инструментов: с ее помощью можно включать или отключать любой ген в определенном типе клеток и в определенное время. Для этого создаются две линии мух: у одной Gal4 (активатор) работает только в нужной ткани, у другой целевой ген находится под контролем UAS. При скрещивании активатор запускает работу гена именно в тех клетках, где это необходимо.

В мире существует более 100 000 генетически модифицированных штаммов дрозофилы — это больше, чем у любого другого многоклеточного модельного организма. Такое разнообразие делает муху уникальным инструментом для изучения функций генов.

Простота исследования. Важное преимущество дрозофил — развитие вне тела матери. Самки откладывают яйца, и эмбрион развивается снаружи, оставаясь прозрачным. Это позволяет наблюдать за формированием органов в реальном времени и проводить генетические манипуляции на самых ранних стадиях.