Frutta e moscerini: il mondo di Drosophila melanogaster

Quando mi capita di dire a qualcuno che uno degli organismi modello più utilizzati in laboratorio è la Drosophila melanogaster, la gran parte delle persone assume un’espressione perplessa, che subito si trasforma in meraviglia e curiosità quando dico che Drosophila altro non è che il moscerino della frutta (o moscerino dell’aceto), quel piccolo insettino che svolazza intorno alla frutta marcescente.

Drosophila in greco vuol dire “amante della rugiada”; è un insetto dell’ordine dei Diptera, lo stesso di cui fanno parte anche mosche, zanzare e tafani. Sin dagli anni ’30, questo insetto è stato ampiamente utilizzato in moltissimi laboratori di ricerca e nel secolo scorso ben tre premi Nobel sono stati assegnati a ricercatori che hanno utilizzato la Drosophila come organismo modello nei loro studi di genetica. Esistono diverse specie diDrosophila; nella gran parte dei laboratori la specie più utilizzata è la melanogaster.

Cos’è un organismo modello e perché viene usato nella ricerca? In genere, un modello sperimentale è un sistema semplice e di facile utilizzo; nella scelta di organismi viventi da utilizzare come modelli sperimentali esistono criteri generici che portano alla scelta di un modello più di un altro; in generale devono avere però caratteristiche comuni come lo sviluppo rapido ed un breve ciclo vitale, le ridotte dimensioni, la facile reperibilità e la facile manipolazione.

Il corpo di Drosophila è diviso in tre parti: il capo, il tronco e l’addome. Le femmine e i maschi presentano dimorfismo sessuale; la femmina ha un addome appuntito che si ingrossa al momento di deporre le uova e che si “svuota” dopo la deposizione; il maschio solitamente è più piccolo, ha la parte distale dell’addome più arrotondata e scura (foto in basso, maschio a sinistra e femmina a destra).

Queste caratteristiche , quando gli individui sono vergini, non sono facilmente riconoscibili. Drosophila è un insetto olometabolo che quindi va incontro a metamorfosi completa: abbiamo un embrione, tre stadi larvali, una pupa e poi la schiusa dell’insetto adulto. Il ciclo può essere modificato con la temperatura.

Perché la Drosophila è così utilizzata  per la ricerca genetica? I motivi sono molteplici:

• È un organismo di piccole dimensioni molto facile da allevare in laboratorio con costi contenuti
• Ha un ciclo vitale molto breve (circa 15 giorni) ed una produttività elevata (ogni singola femmina può arrivare a deporre fino a 600 uova in 10 giorni); questo permette di seguire lo sviluppo di diverse generazioni in breve tempo e quindi la possibilità di condurre esperimenti che sarebbero impensabili con organismi con cicli vitali più lunghi
• Ha 4 paia di cromosomi, 3 autosomi e 1 sessuale
• Nelle ghiandole salivari delle larve mature si possono osservare i cromosomi politenici; nei ditteri, per far fronte alla necessità di avere un’intensa produzione proteica, i cromosomi replicano più volte il materiale genetico senza dare origine a cromatidi distinti; in questo modo il cromosoma si allunga e si ispessisce formando dei cromosomi giganti detti appunto cromosomi politenici, uniti tra di loro al cromocentro (immagine sottostante a sinistra)
• I maschi non mostrano ricombinazioni genetiche: il cromosoma Y (che determina la fertilità) essendo completamente eterocromatico, non può ricombinare, facilitando così gli studi
• Il genoma di Drosophila è stato sequenziato in maniera completa nel 1998; è constituito da 165 milioni di coppie di basi per un totale di 14000 geni
• Nella specie sono molto frequenti mutazioni genetiche (spontanee o indotte) che sono visibili grazie a cambiamenti nell’aspetto (fenotipo)
• Esistono informazioni dettagliatissime sulla gran parte degli aspetti della sua biologia (ogni informazioni è disponibile in rete al sitohttp://flybase.bio.indiana.edu ), oltre a raccolte di mutanti e di ceppi con particolari caratteristiche (stocks); in genere, quando un ricercatore vuole studiare la funzione di un gene, per prima cosa crea una mutazione nel gene d’interesse e successivamente ne analizza le caratteristiche negli individui mutanti; a seconda della  mutazione, l’effetto può essere studiato a livello molecolare o cellulare o anche con l’osservazione diretta al microscopio. E’ possibile richiedere gratuitamente stocks mutanti di ogni gene del moscerino presso alcuni centri specializzati come ad esempio il Bloomington Drosophila Stock Center in Indiana.

Se tutto ciò non fosse sufficiente, si può aggiungere che particolari classi di geni della Drosophila (i geni omeotici) hanno un’elevata omologia con quelli umani, e questo permette di osservare il comportamento dei suddetti geni nel moscerino, capirne le funzioni ed il comportamento e quindi analizzare gli stessi a livello superiore. Per questo motivo, molte malattie umane a base genetica si possono studiare nel moscerino della frutta; la Drosophila è usata come modello sperimentale anche per malattie come il morbo di Parkinson, la corea di Hungtington e il morbo di Alzheimer.

Lavorare con un organismo come la Drosophila facilita moltissimo un lavoro che su organismi superiori sarebbe impensabile. Con le sue molteplici caratteristiche il moscerino della frutta da un contributo formidabile alla ricerca e continuerà a farlo ancora nei prossimi anni. Forse ora ci penseremo due volte prima di scacciare i moscerini dalla nostra frutta.