Foto Biol. Linda B. Muñoz

Drosophila melanogaster en la Investigación Científica

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Las primeras referencias que se tienen en la literatura científica sobre Drosophila melanogaster datan de 1684 y existen aproximadamente 358 citas antes de 1900. En 1901 William Ernest Castle es el primero en utilizar a Drosophila melanogaster como organismo de investigación científica, dado los bajos costos de mantenimiento y la facilidad de uso, se convence de que con este insecto podría demostrar varios conceptos de endogamia y desarrollo, que posteriormente publico. En 1902 Walter S. Sutton propone la teoría de la herencia cromosómica, donde sostiene que los genes en pares podrían estar ligados y que se transmitían en unidad, esto ocurría debido a que los genes se encontraban en los cromosomas y dado el patrón de segregación de estos, se podía explicar parte de las teorías de Gregor Johann Mendel que en 1866 propone los principios básicos de la herencia, donde sostenía que ciertos factores específicos (llamados posteriormente factores mendelianos y ahora genes) de los padres se heredaban de manera independiente a los hijos.

Sin embargo en 1905 Thomas Hunt Morgan de carácter critico e independiente publica distintos artículos donde cuestiona la teoría mendeliana acerca de la transmisión independiente de los genes. Desde 1904 Morgan trabajaba en la Universidad de Columbia, donde F. E. Lutz ex-alumno de W. E. Castle lo introdujo en el empleo de Drosophila melanogaster como organismo de estudio, el principal objetivo de Morgan era probar si la tesis Lamarckiana de la herencia en la que se proponía que el tamaño de los órganos, a través de las generaciones, puede alterarse por el uso o desuso de estos.

 

 

 

Inicio

 

 

 

 

 

 

white
Morgan comienza a trabajar con Drosophila melanogaster en 1909, en 1910 mientras analizaba un lote de Drosophilas, encuentra un macho con ojos color blanco en vez del común rojo, después de realizar varias cruzas entre Drosophilas con ojos color blanco y Drosophilas con ojos color rojo, encontró que el gen mutado que confería el color de los ojos blancos se encontraba en el cromosoma X, esto lo pudo deducir retomando los trabajos de Netiee María Stevens que en 1905, comprueba que en las hembras existen dos cromosomas X y uno en los machos, con esto Morgan encuentra el primer gen ligado al sexo en Drosophila melanogaster, al que llamo white dado que confería a la mosca color de ojos blancos.

 

 

 

Foto Biol. Linda B. Muñoz

 

 

Sin embargo su aportación más importante fue que con base en estas cruzas pudo dar pruebas irrefutables del ligamiento entre los genes, lo que apoyó totalmente la teoría cromosómica de la herencia que proponía Sutton. Morgan continuo con estos estudios y encontró más mutantes de genes no solamente ligados al cromosoma X, también genes que estaban presentes en otros cromosomas, lo que le ayudo a establecer una correcta metodología experimental en las cruzas de Drosophila melanogaster, así como formular la revolucionaria teoría de la herencia cromosómica y la correcta segregación de los cromosomas, en total Morgan y su equipo encontraron cerca de 61 mutaciones en Drosophila melanogaster, con estos estudios Morgan obtuvo el premio Nobel en 1933. A partir del descubrimiento de Morgan el empleo y estudio de Drosophila melanogaster se desarrolla, y las distintas áreas de la investigación se ven beneficiadas con el empleo de este organismo.

 

 

Discusion

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fly
Morgan funda el famoso Fly Room (Cuarto de las moscas) de la Universidad de Columbia, donde comienzan los primeros cultivos de Drosophila melanogaster con la intención de mantener a las distintas cepas mutantes que hallaban, lo que lo convirtió en el primer Drosophila Stock Center. En 1913 Alfred Henry Sturtevant construye el primer mapa genético de Drosophila melanogaster, donde muestra que los genes están ordenados de manera lineal, y acuño el concepto de unidades de mapa (espacio entre genes en los cuales surge un 1% de recombinantes por entrecruzamiento) o centimorgan (en honor a su tutor) para referir la posición en un cromosoma de un gen especifico;

 

 

 

 

cromosomas

 

 

 

 

 

Mapa
En 1935 Calvin Blackman Bridges, retoma parte del trabajo que realizo con Sturtevant, e inicia la construcción del mapa citogenético de Drosophila melanogaster empleando cromosomas gigantes (cromosomas politenicos) de las glándulas salivales, Bridges asigna genes a secciones especificas de una banda politenica particular, pero su trabajo no solo consistió en esta determinación, también realizo los esquemas que ilustran su mapa, tomando como base los propios cromosomas politenicos, incluso estos dibujos actualmente siguen siendo utilizados con muy pocas modificaciones, dada su exactitud. En 1937 Theodosius Dobzhansky publica su manuscrito “La Genética y el Origen de las Especies” y su libro “Evolución, Genética y Hombre”, que forman parte de su monumental trabajo en genética evolutiva utilizando a Drosophila melanogaster junto con Drosophila pseudooscura en genética de poblaciones, estas publicaciones forman parte de un total de 43 manuscritos que conforman la obra “La Genética de las Poblaciones Naturales”, el último de los cuales se publico en marzo de 1976, esta obra modifico el concepto de la evolución que se tenía hasta entonces.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El empleo de Drosophila melanogaster en la investigación científica comienza a extenderse a otras áreas, en la bioquímica en 1941 Edward Lawrie Tatum y George Wells Beadle encuentran la primera asociación entre la función especifica de una enzima con una reacción bioquímica en un organismo, al observar que la coloración de los ojos en Drosophila melanogaster esta regulada por la interacción con dos enzimas: pteridinas y homocromos, la presencia o ausencia de alguna de estas enzimas modificaba la coloración de los ojos en Drosophila. Durante 1944 Charlotte Auerbach alumna de Muller, publica los resultados que obtuvo al someter larvas de Drosophila melanogaster a la acción de agentes químicos de uso común en la industria de ese entonces, como el gas mostaza y formaldehído; estos resultados mostraban que dichos compuestos químicos podían inducir mutaciones en Drosophila, de la misma manera que los rayos X lo hacían; Auerbach puso en evidencia a varios de estos agentes químicos, además de introducir a Drosophila melanogaster en una nueva área de la investigación: la toxicología genética.

 

 

 

 

 

scarlet
Foto Biol. Linda B. Muñoz

 

 

 

 

Fue tanto el desarrollo en el conocimiento de Drosophila melanogaster que en 1950 Milislav Demerec publica su libro “Biología de Drosophila melanogaster”, en este libro reunía todo el trabajo y conocimiento que se había realizado con Drosophila melanogaster en todas las áreas de la ciencia en las que se había empleado. A finales de los 50’s y principios de la década de los 60’s Antonio García Bellido inicia sus estudios en la biología del desarrollo, analizando pequeñas estructuras de las larvas de Drosophila melanogaster llamadas discos imagales, en estos discos se encuentran grupos de células. García Bellido elaboró la teoría de los compartimentos, según la cual, hay clones de células en el embrión que tienen su desarrollo definido por la posición que ocupan y que durante la metamorfosis que darán origen a un tejido u órgano en particular en el adulto.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

En 1968 Dan L. Lindsley publica la primera recopilación de genes mutantes, aberraciones cromosómicas y cromosomas balanceadores de Drosophila melanogaster, esta obra contiene la descripción detallada, ubicación citológica y cromosómica de los genes que se conocían en ese entonces, basado en su mayoría en el trabajo y dibujos de Sturtevant y Bridges respectivamente. Richard Lewontin, a finales de los 60’s y principios de los 70’s utiliza una técnica que se encontraba en pleno desarrollo y perfeccionamiento: la electrofóresis, con esta técnica encontró que algunas de las proteínas, de distintos organismos eran muy parecidas entre sí, incluyendo proteínas de Drosophila melanogaster; este descubrimiento inicio un bum en la investigación de la biología molecular, abriendo un nuevo campo en la investigación científica en el que Drosophila melanogaster también estaba incluida, ya que se encontró que varias de sus proteínas eran altamente parecidas a las de otros organismos, desde procariontes hasta eucariontes, incluyendo al humano. En 1972 James Brown Boyd y Richard Setlow descubren genes implicados en la reparación del ADN en Drosophila melanogaster, que posteriormente se encontraría su homología con genes que provocaban la misma alteración en bacterias, levaduras y humano.

 

 

 

Lewontin

 

 

Disco

 

 

 

 

 

 

 

Pero no solo en el área de la genética o biología molecular se agudizo el empleo de Drosophila melanogaster, Seymur Benzer a principios de la década de los 80’s inicia sus estudios de comportamiento y aprendizaje empleando a Drosophila melanogaster. A finales de 1989 La Nobel Fundation publica una serie de timbres postales en el 80 aniversario del descubrimiento del gen white por Morgan y su grupo, resaltando con este hecho la importancia que Drosophila melanogaster ha tenido en el avance científico, precisamente en este año Michael Ashburner publica una nueva versión del libro de Demerec, “Genética y Biología de Drosophila melanogaster”, en donde engloba, de la misma manera que Demerec, lo avances en todas las áreas de la investigación que existía en Drosophila melanogaster. En 1992 Dan Lindslay publica su nueva recopilación de genes mutantes, aberraciones cromosómicas y cromosomas balanceadores de Drosophila melanogaster, esta gran obra conocida como el Libro rojo, incluye 4000 genes y 9000 arreglos cromosómicos, además de la versión ampliada del trabajo de Sturtevant y Bridges.
Genoma

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Edward Lewis, Christian Nüsslein-Volhard y Eric Wieschaus, reciben en 1995 el premio Nobel de medicina por sus descubrimientos en la biología del desarrollo de Drosophila melanogaster, en donde establecen cuales son los genes involucrados en la organización del desarrollo embrionario, la forma en la cual están regulados, organizados, funcionamiento y finalmente su homología con genes de otros organismos eucariontes incluyendo al humano, dando por establecido que dichos procesos pueden ser regulados y funcionar de una manera parecida en distintos organismos sin importar si son insectos, mamíferos, peces, reptiles o aves.
nature

 

 

 

 

 

 

Science

 

 

 

 

 

moscas peleando

 

 

A principios de 2001 Tim Tully utilizando a Drosophila melanogaster, demuestra por primera vez que existe una relación entre la memoria y los genes; de igual forma Edward A. Kravitz encontro genes en Drosophila que están relacionados con el comportamiento agresivo de los organismos.

 

Con base en el Drosophila Information Service hasta 1995 existían registrados aproximadamente 60,000 trabajos publicados en diversas revistas de divulgación científica. En este pequeño resumen de algunos de los principales trabajos que ubicaron a Drosophila melanogaster en el área de la investigación científica, tratamos de enmarcar la importancia que este organismo ha tenido a través del tiempo, sin embargo es imposible detallar de manera fehaciente todos los trabajos que con Drosophila se han realizado, pero de alguna manera esperamos que sirva como un pequeño homenaje a los hombres que de una u otra forma han fomentado el uso de Drosophila melanogaster.

 

 

 

 

 

 

Durante marzo de 2000 se publico el genoma completo de Drosophila melanogaster, trabajo que inicio en 1993 formando parte del Proyecto Genoma Humano, este monumental trabajo fue coordinado por Gerald Rubin y Michael Ashburner y en el participaron 50 biólogos y alrededor de 30 físicos, los principales resultados de este trabajo son: Drosophila melanogaster posee ~180 millones de pares de bases de los que ~120 millones forman eucromatina de los cromosomas X, 2 y 3, ~1 millon forma la eucromatina del cromosoma 4, 13601 genes de los cuales 2500 están definidos molecularmente y genéticamente caracterizados, el 30% de sus genes son homologos con los de Caenorhabditis elegans (gusano), el 20% con Sacharomises cerevisiae (levadura) y el 60% con humano; un resultado que magnifica el trabajo realizado por Sturtevant y Bridges, es que tuvieron un error de ~100 mil bases, lo que demuestra la exactitud de sus mapas.
Durante 1918 Hermann Joseph Muller utiliza rayos X y genera los primeros cromosomas balanceadores (cromosomas que debido a la radiación, sufren inversiones, traslocaciones y/o deleciones), dadas las características de estos cromosomas, impedían la recombinación entre ellos y cromosomas normales, ya que no había en su totalidad regiones homólogas, esto fue aprovechado en un principio para mantener genes mutantes que en homocigosis fueran letales, los estudios de Muller fueron más allá, y en 1926 demuestra que la radiación puede producir daño genético y mutaciones, demostrando que las mutaciones en Drosophila melanogaster no solo son espontáneas si no también pueden ser inducidas por otros medios, estos estudios lo hicieron merecedor del premio Nobel de Medicina en 1946.

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