Плодовые мушки с ампутированным мозгом

В 1947 году несколько плодовых мушек так долго действовали на нервы американским ученым, что насекомых запихнули в ракету и отправили в космос. Согласно официальной версии, проверять влияние космических лучей на живые существа. На самом деле это, скорее всего, было точное воплощение пословицы «с глаз долой, из сердца вон». Таким образом, плодовые мушки стали первыми животными, оказавшимися в космосе. Помимо опыта в качестве астронавтов они знакомы нам по мискам с фруктами. Стоит только летом взять в руку банан, как тотчас же откуда ни возьмись объявляется целая армия этих существ. Они не пользуются особой популярностью, но это действительно потрясающие животные.

Плодовая мушка Drosophila bifurca установила мировой рекорд: она обладает самыми длинными сперматозоидами среди всех животных.

Сперматозоиды мушки Drosophila bifurca в развернутом виде имеют длину почти шесть сантиметров, что примерно в десять раз превышает длину тела мушки. Человек со своими нелепыми семенными клетками в 60 микрометров не идет ни в какое сравнение, ведь его сперматозоиды все-таки примерно в тысячу раз короче, чем у мелкой плодовой мушки. Мы можем радоваться, что длина здесь не представляет особой важности. Если бы соотношение величины человеческого тела и длины семенной клетки было как у D. bifurca, то наши сперматозоиды оказались бы длиннее, чем грузовой автомобиль.

Самые длинные сперматозоиды среди всех животных — у плодовой мушки дрозофилы.

Но исследование в основном касается плодовой мушки Drosophila melanogaster. На сегодняшний день ее относят к одному из наиболее изученных организмов в мире. Генетическая информация мушки совпадает с человеческой на целых 60 %. Это поразительное сходство, но, к сожалению, его недостаточно, чтобы мы могли просто зажужжать и улететь в отпуск. Для лучшего понимания общей картины следует упомянуть, что наша ДНК также на 50 % идентична ДНК банана. Причем такое чувство, что некоторые люди эволюционно чуть ближе к растениям, чем другие. Между прочим, наличие 50 %-ного совпадения ДНК еще не означает, что из двух бананов можно сделать одного человека. Это распространенное заблуждение.

Мушки настолько похожи на нас, что у них даже присутствуют две трети всех генов, которые в случае выхода из строя вызывают развитие заболеваний у людей.

Многие сигналы, позволяющие проследить у людей путь от дефектного гена до заболевания, имеются и у плодовой мушки.

Это делает наших жужжащих спутников отличными подопытными организмами для молекулярных биологов. В 1933 году генетик Томас Хант Морган благодаря мушкам даже получил Нобелевскую премию в области медицины. Он первым сумел доказать, что отдельные гены в клетке последовательно распределены по хромосомам. Фундаментальное знание, без которого сегодня сложно представить медицинское исследование. Так что мушки заложили основы современной генетики.

В процессе подготовки диссертации на степень магистра я тоже имел удовольствие целый год работать с плодовыми мушками. Насекомые обитают в небольших бутылочках, наполовину заполненных богатой питательными веществами почвой. В них личинки живут припеваючи и чувствуют себя превосходно. Примерно через девять дней после вылупления они окукливаются и превращаются в замечательных плодовых мушек. Непрерывно наблюдать за животными, кажущимися настолько отличными от нас, людей, в течение длительного периода времени очень увлекательно. Начинаешь замечать многочисленные сходства. Впрочем, спустя какое-то время я сделал то же, что и большинство молекулярных биологов: я вытащил их мозги. Вам когда-нибудь приходилось делать это? Извлекать мозг плодовой мушки? Это чертовски мелкая вещица. Некоторые физики, занимающиеся исследованием элементарных частиц, обзавидуются. Но было бы несправедливо по отношению к мушкам вытворять такое, не имея на то уважительной причины. Хотя созданные для них условия были по возможности приближены к человеческим и мух перед операцией усыпляли. В данной ситуации меня интересовала не столько сама плодовая мушка, сколько совершенно другой заложник человечества: рак.

У плодовых мушек есть ген, носящий название Brain Tumor, или «опухоль головного мозга». Угадайте, что произойдет, если этот ген будет поврежден? Ученые — прагматики до мозга костей, поэтому они часто называют гены по обозначению того, что случится, если ген выйдет из строя. Следовательно, у мушек есть гены и с такими легко запоминающимися названиями, как «инвалид» или «косолапость». К сожалению, политкорректность в выборе слов среди мушек пока что не получила распространение. Если ген опухоли головного мозга дефектный, у мушки, соответственно, развивается опухоль головного мозга. Для мушек это не очень хорошо, но ученому может показаться довольно занимательным. Ген опухоли головного мозга присутствует и у людей, но под менее броским названием TRIM3. В настоящее время известно, что у пациентов с опухолью головного мозга часто встречается мутация в этом гене. Причина развития этого вида онкологического заболевания у мушек и у людей общая. Значит, можно попробовать вылечить опухоль головного мозга у мушки в надежде найти способ лечения для людей. Именно такую цель я преследовал во время нашей с коллегами работы в рамках написания магистерской диссертации на поприще генетики. Другими словами, мы разрушали еще больше генов мушки и смотрели, что будет. Звучит не очень продуманно, но, пожалуй, именно поэтому такой подход пользуется успехом среди исследователей.

У мушек, с которыми я работал, уже был поврежден ген опухоли головного мозга и на стадии личинки развилась опухоль. Мы брали этих мух и у каждой из них дополнительно нарушали другой ген, но у каждой свой. Если в распоряжении есть достаточное количество мух, то в конечном итоге в дополнение к гену опухоли будет поврежден каждый ген из всех, что имеются у мушки. При этом наблюдение ведется также за мушками, у которых опухоль не развивается, но присутствует мутация со склонностью к ее образованию. Второй, добавленный генетический дефект в этом случае компенсировал бы мутацию. Для этого нужно было отыскать ген, действующий на опухоли, но не на здоровые клетки мушки. Такой ген или белок, являющийся производным результатом этого гена, стал бы потенциальным объектом воздействия для будущих лекарств от рака.

Отключение такого большого количества генов кажется ужасно утомительным. В конце концов, у мушки их насчитывается более 15 000. К счастью, существуют библиотеки, которые всегда помогут в работе: мушиные библиотеки. Речь идет не о библиотеках с книгами о плодовых мушках и читальных залах, где насекомые увлеченно листают страницы, устроившись среди пыльных полок. Фактически это коллекция плодовых мушек, имеющих генетические различия. Мушиная библиотека, которой мы пользовались, состоит из мушек с мутациями в разных генах. Если их всех собрать вместе, то практически для каждого существующего гена найдется мушка, у которой соответствующий ген поврежден. Если мушки с поврежденным геном опухоли головного мозга спарятся с насекомыми, имеющими другую мутацию, у некоторых из их потомков оба гена будут повреждены. То есть нужно скрещивать мушек до тех пор, пока каждый ген, имеющийся у плодовой мушки, не будет однажды поврежден наряду с геном опухоли головного мозга. При этом необходимо выбирать здоровых особей, у которых, несмотря на дефект в виде опухоли головного мозга, рак не развивается. Таким образом, дополнительно мутировавший ген предотвращает рост опухоли. Эврика, нам даже удалось обнаружить парочку таких генов!

Получится ли однажды применить это знание для лечения людей? Никто не знает. Но по крайней мере путешествие в мир плодовых мушек определенно меня изменило. Каждый раз, когда во время пробежки по Донауинзель мне в нос залетает мошка, во мне просыпается надежда на прорывные результаты.