Czy muszki mają mózgi? I to jakie! Mimo, że jest bardzo mały, zawiera 150 tys. neuronów i miliony połączeń między nimi. Zachowania muszki są całkiem złożone; potrafi zapamiętywać, rozmnaża się. Prawie jak człowiek… I do tego jeszcze lata, a my przecież tego nie potrafimy - mówi w rozmowie z Portalem MP.PL prof. Bassem Hassan z Katolickiego Uniwersytetu w Leuven (Belgia)
Drosophila melanogaster podczas kopulacji. Fot. T. Chapman in PLoS Biology; Vol. 6, No. 7, e179 / Flickr
Katarzyna Siwiec: Dlaczego muszka owocowa wzbudza tak wielkie zainteresowanie naukowców?
Bassem Hassan: Muszka owocowa (łac. Drosophila melanogaster) jest jednym z najważniejszych narzędzi w nauce od ponad stu lat. Pomogła odkryć podstawowe zasady genetyki. Dzisiaj to jeden z najważniejszych modeli w badaniach biologicznych i genetycznych. Muszki są wszechobecne i łatwo dostępne; znamy je wszyscy choćby z własnej kuchni, gdzie wabi je zapach owoców, zwłaszcza tych odrobinę przejrzałych. To tani model, wychowanie gromadki muszek w laboratorium nie kosztuje wiele.
Co ważne, 60-70% genów naszych i muszki jest podobna, a 60-65% genów, które powodują choroby u ludzi, ma swoje odpowiedniki u muszki. Właśnie dlatego uważamy ją za organizm modelowy. To model dla innych gatunków i zarazem model pewnych bardzo ważnych procesów zachodzących u człowieka.
Ile to maleństwo żyje?
W warunkach laboratoryjnych 2-3 miesiące.
Kto pierwszy odkrył, że niepozorna i uciążliwa niekiedy muszka może się przysłużyć nauce?
Thomas Morgan (1866 – 1945) z uniwersytetu Colombia w Nowym Yorku, którego uważa się dziś za jednego z ojców genetyki. Prowadził badania na muszkach owocowych, żeby zaobserwować, jak z pokolenia na pokolenie dziedziczy się pewne cechy. W jaki sposób DNA i chromosomy są włączane w proces przekazywania cech kolejnym generacjom. Dzieło Morgana kontynuowali jego współpracownicy i studenci. I tak narodziła się, a potem rozwinęła nowa dziedzina – genetyka.
Ale Pan jest neurobiologiem. Twierdzi pan, że muszka pomaga nam zrozumieć procesy zachodzące w mózgu. A czy ona sama w ogóle go ma?
I to jaki! Mimo, że jest bardzo mały, zawiera 150 tys. neuronów i miliony połączeń między nimi. Zachowania muszki są całkiem złożone; potrafi zapamiętywać, rozmnaża się. Prawie jak człowiek… I do tego jeszcze lata, a my przecież tego nie potrafimy.
Wciąż trudno mi pojąć, dlaczego muszka owocowa ma być tak podobna do człowieka.
Jeśli myślimy o rzeczach takich jak świadomość, to oczywiście owocówka nie jest dobrym modelem eksperymentalnym. Ale należy pamiętać, że wszystkie nasze zachowania, wszystkie reakcje są regulowane przez układ nerwowy. Analogicznie jest u muchy. Chodzi zarówno o podłoże genetyczne tych reakcji, jak i faktyczne zmiany w aktywności neuronów regulujących zachowania. Mamy wiele rodzajów neuronów. Jedne sprawiają, że mięśnie się poruszają (neurony ruchowe), inne regulują cykl czuwania i snu, czyli rytm okołodobowy, jeszcze inne odpowiadają za to, jak się czujemy, np. po otrzymaniu nagrody, czy nagany. Mamy wreszcie neurony dopaminowe (ważne w chorobie Parkinsona), w których powstaje neuroprzekaźnik – dopamina. Wszystkie te typy neuronów są obecne u muszki owocowej!
I możemy je obserwować?
Muszka owocowa jest mała, ale nie za mała, żeby móc to robić. Umieszczamy ją pod mikroskopem, następnie używając pęsety otwieramy okrycie jej głowy (oczywiście po uśmierceniu owada) i dostajemy się do mózgu. Student uczy się tego w parę tygodni, a potem już sprawnie i samodzielnie przeprowadza tę operację w minutę, półtorej. To wymaga cierpliwości, spokoju, precyzji i doskonałej koordynacji oko-ręka. Większość studentów osiąga to szybko, to nie jest jakiś wielki problem.
Wydobywanie mózgu z muszki owocówkiNo to bierzemy taki mózg i powiększamy go do rozmiarów naszego. Jak wygląda, co w nim jest?
Przez mikroskop widzimy części anatomiczne, związane ze wzrokiem, węchem, ruchem. Tu dochodzimy do sedna wykorzystania muszki jako modelu. Świętym Gralem neurobiologów jest zrozumienie, jak informacja o świecie zewnętrznym jest przetwarzana i jak aktywność określonych grup neuronów prowadzi do zachowania będącego reakcją na środowisko. O tym decyduje struktura połączeń pomiędzy różnymi grupami neuronów oraz aktywność poszczególnych ich grup. U muszki możemy oglądać aktywność tych komórek z dużą precyzją. A potem spróbować przełożyć informacje uzyskane z tego prostego organizmu na biologię ssaków, w szczególności człowieka.
Jak się zatem śledzi sieci neuronowe u muszki?
Jeśli chcemy spojrzeć dokładniej i głębiej, musimy konkretne komórki oznaczyć, sprawić, by te, które nas interesują, wyróżniały się od pozostałych. Możemy to zrobić poprzez genetyczną modyfikację muszki w ten sposób, aby tylko w interesujących nas grupach komórek zachodziła ekspresja fluorescencyjnych białek. Jeśli użyjemy fali świetlnej konkretnej długości w mikroskopie i skierujemy na mózg, to przy wysokiej rozdzielczości będziemy w stanie opisywać poszczególne komórki, które widzimy w kolorach czerwonym, zielonym, fioletowym itp.
Mamy również sposoby na zobaczenie pojedynczych połączeń między neuronami. I wreszcie, możemy sprawdzić wnętrze komórki. W tym celu używamy innego mikroskopu – mikroskopu elektronowego, który jest w stanie wzmocnić obraz dziesiątki tysięcy razy. W efekcie widzimy wnętrze neuronu.
To przejdźmy do konkretów: komu muszka może pomóc, czyli jakie badania robicie z jej udziałem?
Nasze badania to tzw. badania podstawowe, powodowane naukową ciekawością. Chcemy wiedzieć, w jaki sposób geny współpracują w regulowaniu aktywności neuronów, żeby wpływać na zachowanie muszki. Poprzez bycie otwartym na wiele możliwości, poprzez pytania powodowane ciekawością, odkrywamy nowe i niespodziewane rzeczy. Jeśli, rzecz jasna, mamy szczęście.
Ale muszki możemy również wykorzystać do zrozumienia mechanizmów leżących u podłoża różnych chorób genetycznych przez wprowadzenie do muchy mutacji w genach związanych z daną chorobą. Potem możemy obserwować, w jaki sposób choroba postępuje.
Jakie choroby badacie?
W naszym laboratorium interesują nas mutacje występujące w chorobie Alzheimera i ich wpływ na funkcje mózgu. Poza tym badamy uszkodzenia aksonów rdzenia kręgowego. Neurony u muszki, podobnie jak u ludzi, jeśli zostaną przecięte, nie naprawią się. Pracujemy też nad zespołem łamliwego chromosomu X, chorobą częściej występującą u chłopców, manifestującą się m. in. opóźnieniem rozwoju intelektualnego. Muszka owocowa pomaga nam testować hipotezy odnośnie tego zagadkowego schorzenia.
Czy nie prościej wykonywać badania na szczurach?
Oczywiście, że mózg szczura w swojej budowie i strukturze zdaje się być bardziej podobny do naszego. Wszystko jednak zależy od tego, jakie pytanie pragniemy zadać. Robi się badania na szczurach, kiedy nie da się ich wykonać na muszkach, a czasem odwrotnie. Nierzadko używa się obu modeli, by potem porównać wyniki. Jeśli chcemy poznać tajemnicę życia, ludzkiej egzystencji, mechanizmy zdrowia i chorób, musimy uzyskać możliwie maksymalną ilość modeli. Bo nie istnieje jakiś jeden, uniwersalny, który zaspokoiłby naukową ciekawość pod każdym względem. Tego, czego jeszcze nie wiemy, jest znacznie więcej niż tego, co już wiemy.
Potrzebujemy coraz większej ilości badań a w nich wolności. Im mniej przeznaczamy pieniędzy na naukę, im mniej wolności dajemy naukowcom, tym mniejsze jest prawdopodobieństwo, że odkryjemy coś niezwykłego, że zdołamy zaoferować człowiekowi nowe i skuteczne metody leczenia groźnych schorzeń.
W Polsce rozpętała się burzliwa dyskusja nad etyką badań na zwierzętach. Użycie muszki owocowej chyba jednak nie powinno budzić oporów?
W Belgii też mamy ten problem. Zwiększenie obostrzeń dotyczących badań naukowych nie jest problemem państwowym, tylko unijnym. W przypadku muszek owocowych mamy oczywiście mniej etycznych wątpliwości. Niestety, jak wspomniałem wcześniej, nie potrafimy odpowiedzieć na wszystkie ważne pytania posługując się tylko muszką. Lepsze zrozumienie biologii czy chorób umożliwi nam posługiwanie się także innymi modelami. Jako gatunek dominujący nad pozostałymi organizmami, mamy obowiązki wobec naszej planety, wobec wszystkich żyjących na niej gatunków. Wobec tych, których używamy w rolnictwie, wobec zwierząt domowych, czy właśnie tych, które wykorzystujemy w badaniach. Naszym celem jest postępować w taki sposób, by minimalizować ich cierpienie.
Jakieś ramy, jakieś obowiązujące uczonych normy trzeba jednak stworzyć!
Nie jesteśmy potworami w białych fartuchach. My naukowcy poświęcamy własne zdrowie (a czasem nawet i życie) , żeby odkryć jakąś tajemnicę, skuteczniej leczyć ludzi i rozwiązywać trudne medyczne zagadki. To oczywiste, że muszą być jakieś ramy etyczne. Wszyscy się z tym zgadzamy. Ale zaczynamy już być dosłownie dręczeni. Jeśli będziemy napotykać na coraz większe bariery biurokratyczne, jeśli zasady wykonywania badań jeszcze bardziej będą się komplikować, to liczmy się z ryzykiem, że ważne medyczne kwestie, które można wyjaśniać badając małpy czy szczury, nie zostaną odkryte. Badania staną się niebotycznie drogie, a my stracimy wiedzę, która mogłaby ratować ludzkie życie i która również nauczyłaby nas więcej o samych zwierzętach. To niepokojące, że biurokraci, którzy nigdy nie wykonywali badań i którzy nie wiedzą, w jaki sposób i z jakim szacunkiem naukowcy traktują zwierzęta, wypowiadają się w tych kwestiach autorytatywnie. Bez badań na zwierzętach nie byłoby żadnych, powtarzam, żadnych leków.
I jeszcze jedno. Popatrzmy na sposób, w jaki traktuje się zwierzęta hodowane na ogromnych fermach. Weźmy na przykład drób albo krowy. Te zwierzęta nie mają wolności, często nie mogą się nawet ruszać. Ci sami ludzie, którzy narzekają na badania z udziałem zwierząt, nie dumają zazwyczaj nad losem tych, które – w zmienionej nieco postaci – właśnie trafiły na ich talerz.
Musimy zdawać sobie sprawę, że ograniczając swobodę w nauce, ograniczymy długotrwałe korzyści społeczne. Zabierzemy nauce pieniądze, żeby stworzyć biurokrację odpowiedzialną za nowe zasady. Ograniczymy tym samym zatrudnienie przyszłych naukowców. Jeśli np. badania na zwierzętach robi się na innym kontynencie, poza UE, gdzie jest to dozwolone, to przecież trzeba tam wysłać naukowców. Zapłaci za to podatnik. Wszyscy naukowcy uważają, że konieczna jest regulacja, ale wyjściem nie mogą być kompletnie nierealne i niezwykle drogie w realizacji pomysły. No i mnóstwo papierowej roboty. To przecież katastrofa.
Uniwersytet w Leuven to uczelnia katolicka. Czy to w jakiś sposób warunkuje badania?
Ani trochę. To nazwa bardziej historyczna. Chociaż ciągle toczą się debaty, co to znaczy funkcjonować dziś w uniwersytecie katolickim, to nigdy nie miało wpływu na pracę mojego zespołu, nie wpływało też na rodzaj czy sposób wykonywania badania. Nawiasem mówiąc, uważam że kwestia religii jest kwestią osobistą. Nie powinno być dla niej miejsca w życiu społecznym, politycznym i – zwłaszcza – naukowym. Ale oczywiście to moje prywatne zdanie.
Rozmawiała Katarzyna Siwiec, współpraca Eliza Wlazło, Michał Ślęzak
Rozmowa została przeprowadzona podczas IV edycji konferencji Neuronus IBRO & IRUN Neuroscience Forum (Kraków, 2015)
