Bananflugan visar forskarna vägen in i organismer

30.1.2018

TEXT: Nicklas Hägen

BILDER: Nicklas Hägen

Människan är inte direkt släkt med bananflugan, men med tanke på den stora skillnaden i skepnad är vår genetiska sammansättning överraskande lika. Cirka 60 procent av bananflugans genom, det vill säga den totala arvsmassan, hittas i människan, och en liknande motsvarighet finns bland hela 75 procent av de gener som man har identifierat som mänskliga sjukdomsgener.

Det här är en orsak till att bananflugan lämpar sig väl i ett grundläggande stadium av läkemedelsforskningen, till exempel när man undersöker ett läkemedels toxicitet eller när man vill testa en stor mängd olika läkemedelsmolekyler.

– Likheterna mellan människor och bananflugor är egentligen inte så konstiga. Våra celler delar många biologiska funktioner – de ska växa, dela sig och dö om något går fel, och så behöver de receptorer för att kunna reagera på sin omgivning, säger Annika Meinander, akademiforskare i cellbiologi vid Åbo Akademi.

– De här cellfunktionerna är egentligen likadana för alla djur, oberoende av vilket slags organism de är. Till och med jäst, även om jästceller är lite speciella i och med att jäst är encelliga och varje cell i sig utgör en hel organism.

Så långt likheterna, men visst finns det skillnader också. När människan har 22 000 gener har bananflugan 14 000 stycken, fördelade på fyra kromosomer i stället för de 23 som är den mänskliga normen.

– I bananflugans kromosomer finns ganska lite ”mellanutrymme” mellan generna, de delarna av DNA vars funktion vi ännu känner rätt dåligt till. Antagligen är det här vi hittar den epigenetiska regleringen av genomet, den som möjliggör förändringar i användningen av arvsmassan, säger Meinander.

– Den här sortens genetiskt material har flugan rätt lite av. Den har bara fyra kromosomer, vi vet var varje gen kommer i ordningen, och oftast fungerar en enskild gen på samma sätt i alla celler i flugan – medan det hos människan ofta finns flera genvarianter som fungerar lite olika i olika delar av kroppen. Det här gör att bananflugan är relativt enkel att arbeta med.

Kartläggning och screening

Bananflugor används bland annat inom den genetiska kartläggningen av sjukdomar då man försöker spåra vilka biologiska uttryck olika genetiska mutationer tar, och hur de gener som orsakar sjukdomar fungerar och inte fungerar. Att testa olika cellulära samband på bananflugor ger helt nya perspektiv jämfört med cellodling.

Inte så att bananflugan alltid skulle vara bättre. Celler i cellodlingar är ofta humana och bär det mänskliga genomet i sig, vilket till exempel innebär att bär på de specifika receptorer som forskarna försöker nå. Men odlingskulturer i skålar är inga naturliga miljöer för celler att leva i, vilket ställer till med ett par problem.

Det största problemet är att celler i traditionella cellodlingar saknar kontakt med celler av annat slag.

– Det finns inte ett enda ställe i kroppen där cellerna inte har kontakt med en annan sorts cell. Inte ens i den tätaste sortens vävnad hittar du en cell som saknar kontakt till exempel till blodkärl eller immunförsvarsceller, säger Meinander.

Alla celler fungerar olika och använder sitt genom på olika sätt. Kontakten mellan cellerna påverkar hur de fungerar.

– I organismen i kroppen är signalerna mellan olika slags celler livsviktig. Det är de här signalerna som får cellerna att förstå var de finns och förstå vad det är de ska göra, säger Meinander.

– Den här kontakten med andra slags celler saknas helt i monokulturer som cellodlingar. Signalerna som berättar var cellen finns är onaturliga och de får inte det naturliga budskapet om vad de ska göra i sin omgivning. Därför behöver vi andra slags forskningsmodeller.

Ett första steg

Genom att forska bananflugor tar man ett första steg in i en levande organism. Samtidigt är deras biologiska uppbyggnad så enkel att den bara kan besvara vissa frågor. Bananflugan saknar ett blodomlopp, så för att till exempel ta reda på om en läkemedelsmolekyl tar sig ut i blodet behöver forskarna gå vidare till ryggradsdjur, till exempel zebrafiskar. Och innan man kan övergå till kliniska försök på människor behövs också försök på däggdjur som möss.

Forskning på levande varelser leder in på svåra etiska frågeställningar. Forskningen tar en approach där man väger in för- och nackdelar för att se hur man kan nå sina mål med minsta möjliga skada.

– Säg att vi vet att det finns en viss gen som när den är hyperaktiv orsakar cancer hos människor. Då kan vi beställa genmodifierade flugor som bär på den här genen, vilket ger dem cancer. Sen matar vi bananflugorna med hundra eller tusen olika läkemedelsmolekyler, och ser om det påverkar cancerväxten, säger Meinander.

– Flugorna är inga minimänniskor så det vi ser i flugan kan inte överföras till människan direkt, men det är en start. Och det är ett betydligt mindre etiskt och ekonomiskt problem än att testa molekylerna på till exempel tusen möss. Du kan lätt testa tusen olika läkemedelsmolekyler på cellodlingar, och tillsammans med resultat från försök med enkla organismer som bananflugor har vi en god grund för mera avancerade test i däggdjur. När sjukdomar orsakas av grundläggande biologiska fenomen är bananflugan med andra ord en mycket vettig organism att använda.

Så nästa gång du förbannar bananflugan – gör det åtminstone med en medvetenhet om att de spelar en viktig roll i att ta fram läkemedel som förlänger människors liv och förbättrar deras livskvalitet.

Ökar förståelsen för tarmsjukdomar

Annika Meinanders forskargrupp vid Åbo Akademi undersöker inflammationsresponsen, som har många liknande drag i bananflugor och människor. Framför allt har gruppen koncentrerat sig på tarmen, vars kanal hos bananflugan har ett liknande epitel som hos människan och samma funktion: maten ska spjälkas, näringen tas upp och avföringen ska igenom.

– Det är ett system som är genialiskt och fungerar, det har inte behövts mycket förändring under evolutionen, säger Meinander.

– Bananflugan lever på att äta ruttna frukter och liknande föda, fullspäckad med mikroorganismer. Den är, precis som människan, bra på att känna igen och försvara sig mot dessa patogener. Vi är intresserade av hela räckan cellulära signaler, från när receptorn identifierar en skadlig patogen till hur försvarsgenerna tar sig fysiologiska uttryck. Och speciellt signalerna som reglerar processen mellan att farliga molekyler känns igen och att det genetiska uttrycket förändras.

Precis som människan har bananflugan en naturlig bakterieflora i tarmen. Den här går att sterilisera genom att tvätta äggen i sprit och låta flugorna växa under sterila förhållanden. På det här sättet får man bananflugor som saknar bakterier i tarmen, vilket gör att man kan undersöka hur tarmfloran påverkar immunförsvaret och kontrollera deras reaktion på olika bakteriekulturer genom att lägga sådana i maten.

– Vi har märkt att en specifik genetisk mutation ger bananflugan en kronisk tarminflammation som liknar kolit. Den gör att tarmen inte klarar av att känna skillnad på skadliga patogener och goda bakterier. Eftersom kroniska tarminflammation ter sig likadan hos människan, det vill säga cellerna delar sig och börjar läcka, kommer det att bli intressant att undersöka hur motsvarande gen påverkar samspelet mellan bakterier och tarm hos människan.