El papel de las moscas de la fruta en la investigación científica

Por el equipo editorial de Fruit-Flies.com

Es fácil descartar a la mosca de la fruta como una molestia de cocina y, sin embargo, Drosophila melanogaster es probablemente el animal más importante de la historia de la biología moderna. Durante bastante más de un siglo ha impulsado descubrimiento tras descubrimiento, desde la propia idea de que los genes se asientan en los cromosomas hasta los modelos actuales del alzhéimer y el cáncer. Esta es la historia de cómo un insecto de dos milímetros se convirtió en el caballo de batalla del laboratorio, y de por qué los investigadores siguen recurriendo a él hoy.

La sala de las moscas de Morgan y la teoría cromosómica

La carrera científica de la mosca de la fruta comenzó en serio en un laboratorio pequeño y abarrotado de la Universidad de Columbia a principios del siglo XX: la célebre "sala de las moscas" de Thomas Hunt Morgan. Morgan se propuso poner a prueba las aún discutidas ideas de Gregor Mendel sobre la herencia, y la mosca de la fruta era el sujeto perfecto: barata, de reproducción rápida y fácil de mantener por millares en botellas de leche de vidrio. En 1910 su grupo detectó una única mosca macho con ojos blancos en lugar del rojo habitual y, al rastrear cómo pasaba ese rasgo a la descendencia, demostraron que estaba ligado al sexo de la mosca. De esa observación surgió una conclusión revolucionaria: los genes son cosas físicas transportadas en los cromosomas, dispuestas en un orden definido. Esta teoría cromosómica de la herencia se convirtió en el cimiento de la genética, y Morgan recibió por ella el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1933. El insecto cotidiano tras ese avance es el mismo que se describe en qué son las moscas de la fruta.

Construir la ciencia de la herencia

Los estudiantes de Morgan convirtieron la sala de las moscas en una fábrica de genética. Al contar con qué frecuencia se heredaban juntos los rasgos, dedujeron que los genes situados cerca unos de otros en un cromosoma tienen más probabilidades de permanecer ligados —el principio del ligamiento genético— y lo usaron para trazar los primeros mapas genéticos, situando las posiciones relativas de los genes a lo largo de un cromosoma. Esto ocurría décadas antes de que nadie pudiera leer el ADN directamente. La mosca de la fruta dio a los biólogos un sistema vivo en el que la herencia podía medirse, cartografiarse y predecirse, transformando la genética de un conjunto de proporciones de cruce en una ciencia espacial. Buena parte del vocabulario resultante —alelos, mutaciones, recombinación— se desgrana en el glosario del sitio.

Cómo se construyen los cuerpos a sí mismos

Si la genética fue la primera gran contribución de la mosca, la biología del desarrollo fue la segunda. A finales del siglo XX, los investigadores usaron Drosophila para plantear una de las preguntas más profundas de la biología: ¿cómo se organiza un único óvulo fecundado hasta formar un cuerpo completo y correctamente estructurado? Estudiando moscas con mutaciones extravagantes —patas creciendo donde deberían ir las antenas, segmentos corporales de más—, los científicos descubrieron los genes de control maestro que trazan el plan corporal, incluidos los célebres genes Hox. Sorprendentemente, versiones muy emparentadas de estos mismos genes dan forma al cuerpo de casi todos los animales, humanos incluidos. Este trabajo mereció el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1995 y demostró que la lógica genética del desarrollo se comparte a lo largo del reino animal.

Un genoma compacto que refleja el nuestro

Parte del poder de la mosca reside en su genoma. Drosophila lleva sus genes en apenas cuatro pares de cromosomas, un conjunto pequeño y excepcionalmente bien caracterizado que los científicos han cartografiado con gran detalle. El genoma completo se secuenció en el año 2000, y los recursos construidos a su alrededor no tienen parangón. Y lo fundamental: la mosca no es tan simple como para resultar irrelevante para nosotros. Alrededor del 60% de los genes de enfermedad humana tienen un equivalente reconocible en la mosca de la fruta, y según algunas estimaciones cerca de tres cuartas partes de los genes implicados en enfermedades humanas tienen su correspondencia en la mosca. Esa coincidencia convierte a la mosca en una traductora viva: los hallazgos sobre un gen en Drosophila apuntan a menudo directamente al gen equivalente en las personas.

Cerebros, relojes y envejecimiento

La utilidad de la mosca va mucho más allá de la genética y el desarrollo. Su sistema nervioso es lo bastante complejo para sostener el aprendizaje y la memoria y, a la vez, lo bastante simple para estudiarse neurona a neurona, lo que la hace una favorita en neurociencia. Las moscas de la fruta también revelaron cómo los seres vivos miden el tiempo: la investigación en Drosophila descubrió el reloj molecular, el bucle de retroalimentación de genes y proteínas que impulsa el ritmo circadiano de unas 24 horas que gobierna el sueño y la actividad diaria. Ese descubrimiento ganó el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 2017. Como toda la vida de una mosca transcurre en cuestión de semanas, según se expone en cuánto viven las moscas de la fruta, es también un sistema ideal para estudiar el envejecimiento: los investigadores pueden seguir todo el arco de la juventud a la vejez en un solo experimento observable.

Modelar la enfermedad humana

Quizá el uso moderno más llamativo sea como modelo de enfermedad humana. Al modificar moscas para que porten versiones de genes vinculados a enfermedades, los científicos crean sistemas vivos en los que sondear condiciones que serían mucho más difíciles de estudiar en personas. Los modelos con moscas de la fruta contribuyen hoy a la investigación sobre:

• Cáncer: cómo se tuercen los genes que controlan el crecimiento y la división celular, y cómo se forman y propagan los tumores.
• Enfermedad de Parkinson: cómo degeneran las células nerviosas y qué genes las protegen o las ponen en peligro.
• Enfermedad de Alzheimer: cómo se acumulan proteínas tóxicas en el cerebro y dañan las neuronas.
• Inmunidad: las defensas inmunitarias innatas iluminadas por primera vez en moscas, reconocidas con el Nobel de 2011.

Nada de esto sustituye a los estudios en mamíferos o humanos, pero la mosca permite a los investigadores poner a prueba ideas de forma rápida y barata, acotando qué preguntas merecen perseguirse en sistemas más complejos.

Herramientas modernas: CRISPR y más allá

Lejos de quedar obsoleta por la nueva tecnología, la mosca de la fruta la ha absorbido. Décadas de caja de herramientas genética —formas de activar o desactivar genes individuales, de marcar células con etiquetas fluorescentes y de activar genes en tejidos elegidos— hacen de Drosophila uno de los animales más manipulables del laboratorio. Los métodos de edición génica como CRISPR se aplican con facilidad en moscas, y permiten a los científicos reescribir un gen y observar las consecuencias en una sola generación. Combinado con la velocidad de la mosca, esto significa que un experimento que en un ratón podría llevar años a menudo puede hacerse en semanas. El catálogo central de estos genes y herramientas se mantiene en la base de datos FlyBase, la referencia de la que depende cada laboratorio de moscas.

Por qué la mosca de la fruta es el modelo ideal

Si damos un paso atrás, el atractivo es evidente. La mosca de la fruta es barata de criar y necesita poco espacio o alimento. Se reproduce con extraordinaria velocidad —una generación completa en unos ocho a diez días en condiciones cálidas—, de modo que pueden estudiarse muchas generaciones en poco tiempo. Su genoma es pequeño, está secuenciado por completo y ricamente anotado. Comparte una gran parte de sus genes relevantes para la enfermedad con los humanos. Y usar un insecto sortea muchas de las inquietudes éticas que acompañan a la investigación con vertebrados, sin dejar de aportar resultados que se trasladan a la biología humana. Barata, rápida, bien conocida y éticamente más ligera: pocos organismos reúnen las cuatro cosas. Para una visión más breve de estas ventajas, consulta por qué los científicos usan moscas de la fruta.

Un siglo de premios Nobel

La prueba del valor de la mosca está escrita en el historial de los premios Nobel. La teoría cromosómica de Morgan se llevó el galardón de 1933. El descubrimiento de que la radiación causa mutaciones, hecho en moscas, fue reconocido en 1946. Los genes que controlan el desarrollo temprano del cuerpo merecieron el premio de 1995. La inmunidad innata se reconoció en 2011, y el reloj molecular tras los ritmos circadianos en 2017. Cada uno se apoyó en el mismo insecto modesto y fiable. Es un legado extraordinario para un animal que la mayoría de la gente solo conoce como un huésped indeseado en el frutero, una dualidad recogida a lo largo del centro sobre las moscas de la fruta, donde la plaga cotidiana y la heroína científica resultan ser una y la misma.