چرا «مگس» حشره محبوب دانشمندان است؟

فرادید: مگس میوه معمولی با نام علمی «دروسوفیلا ملانوگاستر» (Drosophila melanogaster) که به درستی آن را مگس سرکه می‌نامند، مهمان همیشگی میوه‌های رسیده در خانه‌های سراسر جهان است. این مگس درون گوشت میوه‌های رسیده تخم می‌گذارد، بدون اینکه دیده شود. احتمال دارد همه ما قسمت‌های مختلف بدن این حشره را خورده باشیم (البته بدون هیچ اثر نامطلوبی که شناخته‌شده باشد).

اما مگس میوه خیلی بیش از یک مهمان آزاردهنده است. در واقع، دروسوفیلا ملانوگاستر برای بیش از یک قرن، یکی از مهم‌ترین گونه‌ها برای علم بوده است. اگر بخاطر این مگس‌ها نبود، برخی از مهم‌ترین اکتشافات علمی ممکن نبود هرگز محقق نشوند.

منشأ مگس میوه

منشأ این گونه مگس، جنگل‌های جنوب مرکزی آفریقا بود، جایی که به شدت به میوه‌ای به نام مارولا متکی بودند. این میوه بخشی از رژیم غذایی انسان در این منطقه بوده و همچنان هست و همین موضوع منجر به ایجاد ارتباط مگس‌های میوه با جوامع و سکونتگاه‌های انسانی شد و  در نهایت، این ارتباط منجر به گسترش مگس میوه در سراسر آفریقا، سپس آسیا، اروپا و در چند قرن گذشته آمریکای شمالی و مرکزی و استرالیا شده است.

تمایز قائل شدن میان دروسوفیلا ملانوگاستر و خویشاوندان نزدیک او و مگس‌های میوه‌ی «واقعی» بزرگ‌تر و رنگارنگ‌تر که چندین مورد آن‌ها در استرالیا یافت می‌شوند، مهم است.

این مگس‌ها که مگس‌های تفریتید (tephritid) نیز نامیده می‌شوند، قبل از پوسیدگی به میوه حمله می‌کنند. میلیون‌ها دلار برای دور نگه داشتن آن‌ها از بخش‌هایی از ویکتوریا و استرالیای جنوبی هزینه شده است (بدون موفقیت).

مگس‌های میوه ذاتاً برای علم مناسب هستند

در حالی که بیشتر حشرات غیرآفت مورد توجه علمی کمی قرار می‌گیرند، مگس میوه استثناء است. برخی خواصی که مگس‌های میوه را به یک ارگانیسم تحقیقاتی محبوب تبدیل کرده، ذاتی است. آن‌ها کوچک هستند، تغذیه کردن آن‌ها راحت است، چرخه زندگی بسیار سریعی دارند و می‌توانند صدها بچه تولید کنند.

با این حال، یافته‌های محققان امروزی درباره مگس میوه مدیون دهه‌ها توسعه ابزار ژنتیکی است. این ابزار به ما امکان می‌دهند تقریباً هر گونه ژنتیکی را که مایلیم ایجاد کنیم. برای نمونه، می‌توانیم توالی ژن مگس میوه را طوری تغییر دهیم که پروتئینی که کدگذاری می‌کند فلورسنت شود. حتی می‌توانیم ژن‌های موجودات دیگر را بگیریم و اثرات آن‌ها را در مگس‌های میوه بررسی کنیم.

رویهم‌رفته، این عوامل به توضیح اینکه چرا مگس میوه به طور خاص در چهار زمینه تحقیقاتی نقش مهمی ایفا کرده کمک می‌کند.

۱. درک «ژن»

سابقه‌ی استفاده از مگس میوه در تحقیقات و آموزش ژنتیک طولانی است. در مگس میوه بود که کشف شد ژن‌ها در کروموزوم‌ها از طریق تلاقی مگس‌های چشم قرمز و مگس‌های چشم سفید جهش‌یافته جمع می‌شوند. این تحقیق بیش از یک قرن پیش انجام شده، اما چنین پیوندهایی همچنان راه قدرتمندی برای نشان دادن اصول وراثت هستند.

مگس میوه یک نیروگاه برای اکتشافات بیولوژیکی است. ژنوم آن در دهه ۱۹۹۰ توالی‌یابی شد. این کار تا حدی به عنوان آزمایشی برای مونتاژ ژنوم انسان انجام شد، اما امکان مقایسه ژن‌ها در حیوانات را نیز فراهم کرد.

بسیاری از ژن‌های مگس میوه با ژن‌های خاص انسان، از جمله حدود ۶۵ درصد از ژن‌های مرتبط با بیماری‌های انسانی، ارتباط واضحی دارند. این وضعیت، زمینه تحقیقات درباره فرآیندهایی را فراهم کرد، از رشد جنینی و پیشرفت بیماری گرفته تا یادگیری و پیری در مگس میوه.

۲. درک آسیب بافتی

حیوانات در ظرفیت خود برای بازسازی ساختارهای آسیب‌دیده بسیار متفاوت هستند. برای نمونه، اگر کرم‌های پهن خاصی را از وسط نصف کنید، هر دو بخش می‌توانند باقی بدن را بازسازی کنند.

اینها اگرچه جذاب هستند، اما الگوی خوبی برای ظرفیت میانه‌تر اما همچنان حیاتی انسان برای بهبود زخم ارائه نمی‌دهند. مگس‌های میوه که مانند انسان از بافت‌های پیچیده متعددی تشکیل شده‌اند، در نقشه‌برداری از فعل و انفعالات مولکولی درگیر در اجازه دادن به سلول‌ها برای مهاجرت و بخیه به یکدیگر برای ترمیم آسیب بافت بسیار مهم بوده‌اند.

شاید مگس‌های میوه با توجه به طول عمر کوتاه‌شان (که در شرایط بهینه بیش از چند ماه نیست)، یک مدل جالب برای تحقیقات سرطان نیز باشند.

آن‌ها جایگزین‌هایی برای روش‌های سنتی مبتنی بر کشت سلولی برای ارزیابی فعالیت داروهای شیمی‌درمانی ارائه می‌کنند که نمی‌توانند بازتاب پیچیدگی‌های نحوه تعامل تومور با بافت‌های اطراف باشند و به‌ویژه در غربالگری برای ترکیب‌های مؤثر درمان‌های شیمی‌درمانی محبوب هستند.

۳. درک کنترل بیماری

افزون بر ارائه ابزارها و درک بیولوژیکی مناسب در پزشکی و زیست‌شناسی، مگس میوه به طور مستقیم به کنترل بیماری کمک کرده است. به طور خاص، از باکتری وُلباشیای جداشده از این گونه برای سرکوب انتقال بیماری دنگی و سایر بیماری‌های ویروسی منتقل‌شده توسط پشه‌ها استفاده می‌شود.

سویه‌ای از ولباشیا که داخل بافت مگس‌های میوه زندگی می‌کند و از مادر به فرزندان منتقل می‌شود، از راه میکرواینجکشن به پشه‌های آئدس منتقل شد. باکتری ولباشیا با ویروس‌ها طوری تعامل می‌کند که از تجمع ویروسی در غده بزاقی پشه‌ها جلوگیری می‌کند.

این کار در گذشته از بسیاری از موارد انتقال دنگی در شمال استرالیا و بسیاری از کشورهای خارج از کشور جلوگیری کرده است.

۴. درک تکامل

در نهایت، مگس‌های میوه سیستم‌های تجربی مفیدی برای بررسی تکامل، به‌ویژه در زمینه حفاظت از گونه‌های در معرض تهدید، هستند.

این کار ارزش حفظ تنوع ژنتیکی در گونه‌های در معرض تهدید را برای حفظ توانایی آن‌ها برای تکامل و مقابله با اثرات بیماری و تغییرات آب و هوایی ثابت کرده است. در حال حاضر، جمعیت مگس‌های میوه در مزرعه ردیابی می‌شود تا ببینیم آیا این گونه با شرایط گرم‌تر و خشک‌تری که ما تجربه می‌کنیم تطبیق می‌یابد یا خیر.