Flugor, salamandrar och rundmaskar: Så bidrar de till ny kunskap

Små kryp

med

BANANFLUGA

Drosophila melanogaster. Längd: Cirka 3 mm. Livslängd: 8–14 dagar. Används främst inom: Genetik, utvecklingsbiologi och beteendeforskning.

STOR STOR STOR

betydelse

Ett självläkande groddjur, en elegant mask och en irriterande fluga. Möt tre små djur som bidrar stort till den medicinska forskningen.

Flugan som kom för att stanna

FORSKARENS FASCINERANDE FAKTA: ”Det går till på ett lite intressant sätt när bananflugan parar sig. Först uppvaktar hanen honan med sång och danslika rörelser. Honan parar sig sedan med flera hanar och sparar spermierna i specifika organ. Sedan kan hon själv bestämma när hennes ägg befruktas”, säger Anna Wredenberg, forskare vid institutionen för medicinsk biokemi och biofysik, Karolinska Institutet.

Du känner den kanske som ett störningsmoment i ditt kök, men inom forskningen är bananflugan en riktig stjärna. Den är en av de modellorganismer som studeras allra mest för att förstå olika biologiska fenomen.

Anledningarna är flera. Bananflugorna är små, billiga i drift och har en kort livscykel vilket gör att de enkelt kan odlas i laboratoriet i miljontals. Samtidigt är de tillräckligt stora för att hålla koll på utan mikroskop och relativt lätta att manipulera genetiskt. Det finns också en lång forskningshistoria att bygga vidare på.

Bananflugor har surrat i forskarnas laboratorier sedan början av 1900-talet. En känd pionjär var Thomas Hunt Morgan som använde bananflugor för att studera hur egenskaper ärvs. Han undrade bland annat varför det ibland dök upp vitögda individer bland de annars rödögda flugorna. Genom att korsa flugor med varandra upptäckte han att det ärftliga materialet, som vi i dag vet är DNA, finns i kromosomerna vilket gav honom ett Nobelpris 1933.

Sedan dess har många upptäckter – varav åtminstone ytterligare fem Nobelprisbelönade – gjorts med hjälp av bananflugor. Bananflugan är perfekt för studier om genetik och utvecklingsbiologi, men används även för att studera beteenden som inlärning, sömn eller frågor om drogers påverkan.

Bananflugans relevans har stärkts av att dess gener, som blev färdigkartlagda år 2000, har visat sig ha stora likheter med våra. Cirka 75 procent av gener som är inblandade i mänskliga sjukdomar har en motsvarighet hos bananflugan.

Bananflugan är exempelvis användbar för att studera sjukdomar med koppling till mitokondrierna, cellens kraftverk, då detta cellsystem är nästan identiskt mellan bananfluga och människa. Genom att skapa mutationer i bananflugor försöker forskare vid bland annat Karolinska Institutet förstå mitokondriernas roll i olika sjukdomar hos människor.

En elegant toppmodell

C. elegans – även känd som ”masken” – ser kanske inte ut som en fotomodell men den är en attraktiv modellorganism för forskare. Till fördelarna hör dess behändiga storlek, korta livscykel, och förutsägbara utveckling. Den vuxna masken består av exakt 959 genomskinliga kroppsceller som låter sig studeras med mikroskop i levande tillstånd.

Under maskens utveckling bildas 1090 celler, men 131 av dem förstörs genom en process som kallas apoptos, eller kontrollerad celldöd. Upptäckten av hur kontrollerad celldöd är involverat i normal utveckling gav bland andra Sidney Brenner, forskaren som först började använda C. elegans, ett Nobelpris år 2002.

Till skillnad från människor saknar masken en riktig hjärna, blodsystem, ben och lungor. Men den har muskler, matsmältningssystem, reproduktionsorgan och ett nervsystem, som också det är fullständigt kartlagt.

Många molekylära signalvägar och runt 40 procent av maskens 20 000 gener har en motsvarighet hos människor, vilket gör den användbar för att studera många olika sjukdomar och processer. För varje gen finns en genförändrad mask som forskare kan beställa och enkelt föröka – eftersom de flesta av maskarna kan befrukta sig själva.

C. elegans, som normalt lever endast två till tre veckor, används exempelvis ofta för att studera åldrandet men även i grundforskning kring allt från diabetes till dyslexi.

Masken odlas enkelt i en petriskål med E. coli-bakterier som mat. Om maten begränsas går larverna in i ett slags svälttillstånd och kan överleva i flera månader. C. elegans kan också frysas ner för att väckas till liv igen långt senare.

I naturen kan C. elegans hittas över hela världen på gammal frukt eller växtdelar där den mumsar på bakterier. Men allt är inte känt om dess naturliga liv. Forskarna vet till exempel inte riktigt hur den tillbringar vintern, vilka slags bakterier den helst äter och exakt vad som får den att gå in eller ut ur sitt svälttillstånd. Med ökad kunskap om maskens naturliga sammanhang skulle den kunna bli ännu mer användbar, menar vissa forskare.

FORSKARENS FASCINERANDE FAKTA: ”När masken är i sitt svälttillstånd står den upp på sin svans och viftar som en flagga i vinden. Om den har tur får den lift med en passerande insekt till en plats där det finns mat”, säger Peter Swoboda, forskare vid institutionen för biovetenskaper och näringslära, Karolinska Institutet.

”MASKEN”

Caenorhabditis elegans. Längd: 1 mm. Används inom: Forskning om utvecklingsbiologi, neurobiologi, åldrande, olika sjukdomar med mera.

SALAMANDER

Salamandrar är en familj stjärtgroddjur innehållande många arter. Här ses en spansk revbensalamander, Pleurodeles Waltl. Längd: Oftast under 20 cm. Används främst inom: Regenerativ medicin.

Läkekonstens mästare

Tänk vad bra det vore om en förlorad kroppsdel ersattes av ny. Eller om vi efter en ryggmärgsskada kunde säga att det snart kommer ha läkt. Så fungerar det inte hos oss människor, men i salamandrarnas värld är det annorlunda. Det spelar ingen roll om det är ett ben, hjärta, öga eller en svans som skadas. Hos salamandrar bildas snart ny vävnad, eller en hel kroppsdel, som fungerar lika bra som den gamla.

Om en salamander förlorar en kroppsdel läker såret utan att någon ärrvävnad bildas. Längst ut på den kvarvarande stumpen bildas i stället ett så kallat blastem, en vävnad innehållande omogna stamceller, varifrån en ny kroppsdel växer ut.

Det kräver bland annat att cellerna håller koll på sina positioner så att alla komponenter av bindväv, ben, nerver, och blodkärl hamnar på precis rätt plats. Salamandrarna är också experter på att skydda sig mot cancer, så att cellerna inte börjar växa kaotiskt.

Genom att studera salamandrarna kan forskare få ledtrådar om hur viktiga läkningsprocesser fungerar hos människor och hur de kanske kan hjälpas på traven.

Salamandrarnas arvsmassor är av någon anledning gigantiska vilket har fördröjt deras kartläggning. Men sedan några år är jobbet gjort för två av de mest forskningsintressanta arterna, vilket ökar möjligheterna att studera genetiken och de molekylära processerna bakom salamandrarnas märkliga förmågor. Forskare vid Karolinska Institutet bidrog genom att kartlägga arvsmassan hos den spanska revbensalamandern, vars arvsmassa är sex gånger större än människans.

Källor: András Simon med flera, Reading and editing the Pleurodeles waltl genome reveals novel features of tetrapod regeneration, Nature Communications, December 2017, Model systems for regeneration: salamanders, Development, juli 2019 FORSKARENS FASCINERANDE FAKTA: ”Det finns en fantastisk mångfald bland salamandrar. En familj som heter Pletodontid är exempelvis helt landlevande och utvecklas utan vattenlevande larvstadium, när äggen kläcks ser djuren ut som en miniatyrversion av vuxna djur. Trots att de är landlevande saknar de konstigt nog lungor, medan vattensalamandrar utvecklas från larver och har lungor i sitt vuxna stadium”, säger András Simon, professor i cell- och molekylärbiologi vid Karolinska institutet.