Desde Estudios Microevolutivos a Enfermedades Neurodegenerativas

¿Por qué los biólogos utilizan la mosca de la fruta como modelo experimental? ¿Qué cualidades posee Drosophila que la hace excepcional para comprender problemas relevantes en biología? ¿Cómo responden las moscas a los ambientes cambiantes? ¿Qué les ocurre a las moscas cuando se alteran sus circuitos neuronales por mutación o factores ambientales?

La mosca de la fruta – conocida como Drosophila melanogaster – es considerada un modelo de estudio clásico en las investigaciones biológicas. Su uso se remonta a poco más de 100 años, cuando el genetista Thomas Hunt Morgan describió la mutación en un gen que generaba moscas de ojos blancos, cuando normalmente los tienen rojos. A partir de esta primera descripción y otras que le sucedieron, Morgan identificó que los genes se encontraban en los cromosomas y que en ellos radicaba la capacidad de herencia de los sistemas biológicos. Fue este descubrimiento por el que se le distinguió con el Premio Nobel en Medicina y Fisiología en 1933 y, también el punto de partida para que el trabajo genético usando a esta mosca se extendiese a otros problemas y áreas de la biología. Por ejemplo, Edward Lewis, Christiane Nüsslein-Volhard y Eric Wieschaus recibieron el Premio Nobel por el estudio de los mecanismos genéticos responsables del desarrollo embrionario en 1995, Richard Axel por el estudio del sistema olfatorio en Drosophila en 2004, y más recientemente el Premio Nobel de este año que recayó en los investigadores Jeffrey Hall, Michael Rosbash y Michael Young que usaron este modelo para desentrañar los misterios de los ritmos circadianos. Muchos otros premios han sido otorgados a investigadores que trabajan en este modelo animal.

Famosos investigadores chilenos radicados en el extranjero han usado a la mosca de la fruta para sus investigaciones científicas. Por ejemplo la bioquímica Ulrike Heberlein (Janelia Farm Research Campus, USA), trabaja en el estudio de los eventos celulares y moleculares que explican los efectos inducidos por drogas de abuso, incluyendo alcohol, o la Dra. Vivian Budnik (Universidad de Massachusetts, USA), quien intenta comprender los mecanismos moleculares que determinan la formación de las sinápsis y su plasticidad, elementos esenciales para la conducta. Sin embargo quien puso a Chile en el mapa internacional de los estudios en Drosophila fue el premio nacional Dr. Danko Brncic y sus discípulos. En efecto entre los años 1954 y 1964, sus trabajos de biología evolutiva y genética de poblaciones sobre la integración del genotipo, pusieron en relieve el concepto de que los genes están coadaptados y generan altos valores de adecuación biológica en diferentes poblaciones.

Notables Investigaciones

La Facultad de Ciencias Biológicas UC también cuenta con notables investigaciones con este modelo de estudio, como es el caso del Dr. Francisco Bozinovic del Departamento de Ecología, quien lleva una década realizando estudios en biología integrativa con diferentes especies de moscas del género Drosophila.“Usamos la mosca en estudios experimentales de cambio climático donde evaluamos sus respuestas fisiológicas, ecológicas y evolutivas a diferentes condiciones térmicas del ambiente (ambientes constantes, variables y con eventos extremos). En concreto estudiamos las respuestas de esta especie modelo – que esperamos entregue las bases para su extrapolación a otros sistemas vivos – a los paisajes térmico actuales y los predichos por los climatólogos. Analizamos por ejemplo, como las temperaturas medias, la magnitud de la variación de la frecuencia diaria y estacional, incluidas las olas de calor y de frío afectan a los organismos desde el nivel celular al poblacional en el tiempo y en el espacio”, señaló el Dr. Bozinovic. Uno de los principales resultados obtenidos por el académico ha sido mostrar que las poblaciones aclimatadas a mayor amplitud en la temperatura ambiental mostraron una mayor resistencia a un régimen climático fluctuante. “Sobre la base de esos hallazgos, sugerimos que para desarrollar escenarios más realistas de los efectos del cambio climático global, los efectos de las condiciones climáticas promedio, su variabilidad y los eventos extremos sobre los diferentes rasgos de los organismos deben ser examinados simultáneamente”.

La mosca es útil en estudios experimentales de ecología y biología evolutiva porque posee un sinfín de atributos, como un ciclo de vida corto de 12 a 15 días, es fácil de mantener y también de observar pese a su pequeño tamaño. Drosophila es una especie cosmopolita, con alta sensibilidad a cambios ambientales y, en laboratorio se puede manejar en grandes números, lo que favorece el análisis estadístico de alta resolución y contestar preguntas que con otras especies sería imposible por temas prácticos y éticos.

El Dr. Jorge Campusano del Departamento de Biología Celular y Molecular utiliza herramientas genéticas disponibles en Drosophila para evaluar la contribución de circuitos neuronales a conductas. Esto es relevante pues cuando estos circuitos alteran su funcionamiento debido a una mutación o a factores ambientales, se pueden observar conductas propias de desórdenes de compromiso neuronal, como esquizofrenia o depresión. “Recientemente hemos caracterizado la temporalidad en la aparición de síntomas motores en un modelo en Drosophila para la enfermedad de Parkinson, donde pudimos definir un período sintomático y un período asintomático. Descubrimos cambios en las enzimas biosintéticas y en el transportador de dopamina que podrían explicar el paso de una etapa presintomática a una sintomática en este modelo de la enfermedad de Parkinson. Esto es interesante porque permite proponer nuevas herramientas de intervención terapéutica para retrasar el inicio de la enfermedad en humanos, una vez que estos estudios sean validados en otros modelos animales para esta enfermedad”, explicó Campusano.

Alrededor de un 70-80% de los genes responsables de enfermedades en humanos presentan un gen ortólogo en moscas. Según el Dr. Campusano es relativamente sencillo modular la expresión de genes en moscas; también es fácil estudiar cuáles son las consecuencias en la biología o fisiología celular cuando se alteran esos genes en Drosophila y de esta forma adquirir nuevo conocimiento que sea relevante para entender esas enfermedades”, puntualizó.

Otro investigador que utiliza Drosophila como modelo experimental es el Dr. Carlos Oliva, recientemente incorporado a la Facultad. “En nuestro laboratorio queremos entender las bases de la formación del sistema nervioso. Especialmente cómo los axones (prolongaciones neuronales) viajan durante el desarrollo para encontrar a las neuronas con las que se conectaran y cómo mutaciones en ciertos genes o la exposición a drogas como el alcohol afectan el desarrollo normal y producen enfermedades neurológicas”.

En la simpleza – y a la vez complejidad de una mosca – existe una diversidad tal que permite avanzar en el conocimiento de los mecanismos, procesos y patrones biológicos a diferentes escalas. Las moscas se desarrollan, viven, enojan y pelean igual que los humanos y por las mismas razones.

Información periodística: Jade Rivera Rossi, jrivera@bio.puc.cl