36-37 La drosophilia.qxp
16/03/2010
11.24
Pagina 1
Cultura
La Drosophila Melanogaster
Un moscerino diffuso nei laboratori di ricerca
Camillo De Luca*
L
a Drosophila Melanogaster (dal greco amico
della rugiada), DM, il volgare moscerino del
vino, del mosto e della frutta, dell’ordine dei dipteri, è attualmente molto diffuso nei laboratori
di ricerca di tutto il mondo. È della lunghezza di
2,5 mm. la femmina, mentre il maschio è un po’
più corto. Il ciclo vitale è di sole 2 settimane. Le femmine
possono deporre sino a 600 uova all’interno di frutta o di altri
materiali organici. Le uova si schiudono dopo 24 ore dalla
deposizione e dopo 5 giorni emerge l’insetto adulto.
La D.M. è uno degli organismi più studiati nella ricerca biologica e ben sette scienziati, tre generazioni, hanno ricevuto il
Premio Nobel per la Medicina grazie a lei. I motivi della sua
diffusione sono molteplici:
Si tratta di un insetto piccolo, che ha un breve tempo di generazione (circa 2 settimane), una elevata riproduttività (una
femmina può deporre sino a 600 uova in 10 giorni), ha solo 4
paia di cromosomi (3 autosomi e 1 sessuale), le mutazioni
genetiche sono molto frequenti, la sua manutenzione ha un
costo lievissimo rispetto agli altri mezzi di ricerca ed è allevabile in spazi ristretti a costi molto ridotti (qualche centinaio di
questi insetti può vivere in una bottiglia di latte vuota), consente di effettuare numerosi incroci in tempi brevi e dà la possibilità inoltre di osservare le progenie che ne nascono.
Sino al 1910 la genetica era dominata dalle leggi di Gregor
Johan Mendel, un monaco agostiniano ceco-austriaco (Heizendorf 1822 - Brno 1884), considerato per le sue osservazioni sui caratteri ereditari il precursore della moderna genetica. Egli adoperò per le sue ricerche sui caratteri ereditari
principalmente i piselli e i fagioli e, dopo sette anni, formulò
“le leggi di Mendel”:
1. Legge della dominanza, per cui gli individui nati dall’incrocio fra due ceppi puri presentano tutti uno solo dei due fattori, quello dominante, e che nella generazione successiva, uno
dei caratteri antagonisti non si manifesta mai nel fenotipo.
2. Legge della segregazione (o della disgiunzione):
durante il processo di meiosi i caratteri, sia dominanti che
recessivi, si posizionano casualmente sui cromosomi omologhi. In seguito alla divisione ed alla successiva fecondazione
i cromosomi che andranno ad unirsi posseggono i caratteri
ereditati di entrambi i genitori.
3. Legge di indipendenza dei caratteri. In un incrocio tra
piselli a semi gialli e lisci con altri a semi verdi e grinzosi, si
ottiene una prima generazione costituita interamente da
36
Notiziario marzo 2010
La “Drosophila Melanogaster” Maschio (a sin.) e femmina
piselli gialli e lisci (essendo questi caratteri dominanti).
Incrociando fra loro questi piselli si ottiene una seconda
generazione costituita da 9/16 di piselli gialli e lisci, 3/16 di
piselli gialli e grinzosi, 3/16 di piselli verdi e lisci, 1/16 di
piselli verdi e grinzosi.
Nel 1909 Thomas Hunt Morgan (1866 Lexington, Kentuchy
– 1945 Pasadena, California), fu il primo ad usare la D.M.
nelle ricerche e notò una mutazione per la quale i moscerini
a occhi rossi diventavano a occhi bianchi, fenomeno che
risultò quasi limitato al moscerino maschio. Altri mutanti, ali
rudimentali e corpo giallo, risultarono anch’essi esclusivi dei
maschi. Queste mutazioni consentirono a Morgan di formulare l’ipotesi dei caratteri legati al sesso.
Incrociando ulteriormente i moscerini ottenne un ibrido con
doppio mutante, il che gli consentì di ammettere che i cromosomi possono scambiare segmenti con un processo di
“crossing over” Egli dimostrò anche che a ciascun gene può
essere assegnata una specifica posizione lungo “una mappa
lineare cromosomica” Per queste ricerche Morgan, oltre ad
altri importanti riconoscimenti, ricevette il Premio Nobel per
la Medicina 1933 “Per le sue scoperte sul ruolo svolto dai cromosomi sull’ereditarietà”
Dopo Morgan un suo allievo Herman Joseph Muller (New
York 1890-Bloomington, Indiana, 1967) fece studi e scoperte utilizzando la D.M.. Egli fu professore nel Dipartimento di
36-37 La drosophilia.qxp
16/03/2010
11.24
Pagina 2
Cultura
Zoologia dell’Università dell’Indiana a Bloomington. Nel 1915
elaborò la sua teoria “letale bilanciata”, basata sull’osservazione della frequenza con cui si manifestano sia in condizioni
normali che artificiali e nel 1921 quella, secondo cui il materiale genico è il punto di partenza della vita, che può replicarsi e subire mutazioni.
Nel 1925 Morgan iniziò gli studi sulle mutazioni geniche e cromosomiche indotte artificialmente e scoprì che la temperatura poteva provocare mutazioni, ma di lieve entità, mentre nel
1927 riuscì a dimostrare che i raggi possono provocare un
aumento sino a 1500 volte delle mutazioni nei maschi di D.M.
in misura proporzionale alla intensità delle radiazioni. Egli
dimostrò che queste mutazioni indotte dai raggi X provocano
nelle cellule germinali effetti genetici irreversibili.
Dai suoi studi e da quelli di altri ricercatori è risultato che non
solo i raggi X hanno poteri mutageni, ma anche tutte le radiazioni (raggi alfa, beta, gamma, ultravioletti), che la loro attività è direttamente proporzionale alla dose totale di raggi,
che fra l’una e l’altra applicazione non vi è alcun processo di
reintegrazione e che le mutazioni prodotte durante l’applicazione delle varie frazioni si sommano e sono irreversibili.
Da questi studi Muller iniziò una campagna sui pericoli che
dalle radiazioni potevano essere indotti nell’uomo, sia
pazienti che operatori, consigliando di evitarle quanto più
possibile, limitando le esposizioni sia nella diagnostica che
nella terapia.
Per i suoi studi e ricerche Muller ricevette il Premio Nobel per
la Medicina 1946 “Per la scoperta dell’induzione di mutazioni
da parte dei raggi X”.
Anche George Wells Beadle (Wahoo, Nebraska 1903Chicago 1989) fu un allievo di Morgan a Pasadena al California
Institute of Tecnology (Caltech). Studiò il fenomeno del crossing over nella D.M. e sui pigmenti visivi di questo moscerino,
ipotizzando che gli enzimi, catalizzanti le reazioni per la formazione del pigmento oculare, fossero sintetizzati sotto il controllo dei geni e dimostrando insieme a Tatum che ciascun
gene agisce controllando la biosintesi di un enzima, per cui
formularono il principio “Un gene-un enzima”. Beadle e Tatum,
estendendo le loro ricerche sulla Neurospora Crassa, una
muffa rossastra del pane, affermarono anche che le mutazioni
del singolo gene si traducono in un’alterazione della capacità
della cellula di produrre una singola reazione chimica.
Queste ricerche consentirono di migliorare le conoscenze
sulla sintesi e sulla scissione degli aminoacidi, delle vitamine,
delle purine e delle pirimidine: una conseguenza pratica è
stata quella di ottenere un mutante per una maggior produzione di penicillina. Queste stesse ricerche hanno permesso
la comprensione delle malattie congenite dovute a difetti del
metabolismo. Per questi studi e ricerche Beadle ricevette,
insieme a Tatum il Premio Nobel per la Medicina 1958 “Per la
scoperta che il gene agisce come regolatore di determinati
eventi chimici”.
Edward Lawrie Tatum (Boulder, Colorado 1909-New York
1975). Gli studi più importanti di Tatum iniziarono con Beadle, con il quale intraprese ricerche sui processi biochimici e
sulla genetica della D.M., occupandosi in particolare dell’ereditarietà del colore degli occhi. Quindi, sempre con Beadle,
trasferì le ricerche sulla muffa del pane Neurospora Crassa,
esponendo l’ipotesi detta “un gene-un enzima”, sull’origine e
sulla natura della trasformazione maligna delle cellule, sull’influenza dei geni nello sviluppo biologico generale e indu-
cendo mutazioni mediante radiazioni con raggi X e ultravioletti. Con Lederberg si occupò della genetica batterica e scoprì che dall’incrocio di ceppi batterici può derivare una nuova
combinazione di fattori genetici. Tatum è stato il primo a formulare il concetto di ingegneria genetica. Ricevette il Premio
Nobel per la Medicina 1958 insieme a Beadle e con la stessa
motivazione.
Edward B. Lewis (Wilkes-Barre,(Pensylvania, 1918-Pasadena, California 2004).
Christiane Nusslein-Volhard (Magdeburgo, Germania,
1942).
Eric Francis Wieschaus (South Bond, Indiana, 1947)
Questi tre ricercatori sono riusciti a produrre una gamma di
mutazioni dell’intero genoma della D.M. e ad individuare i
geni che provocano lo sviluppo degli embrioni.
Essi dimostrarono che di 300 geni causa di malattie umane
oltre 170 hanno analogia di struttura con i geni del moscerino. Lewis, il più anziano dei tre ricercatori, si dedicò per
primo allo studio della costituzione genetica della D.M. e fece
due importanti scoperte.
La prima riguardava un gruppo di geni, da lui chiamati geni
omeotici, che controllano lo sviluppo di tutte le regioni del
corpo e che presiedono la corretta collocazione di ciascuna
cellula: in particolare un complesso di geni controlla lo sviluppo nei segmenti toracico-posteriore e addominali e un‘altro controlla quello della testa e dei segmenti toracici superiori. La seconda scoperta è stata il principio della colinearità, cioè la disposizione dei geni omeotici in sequenza lineare,
che corrisponde a quella delle regioni controllate.
La tedesca Nusslein-Volhard e lo statunitense Wieschaus
hanno lavorato insieme per circa tre anni presso il
Laboratorio di Biologia Molecolare di Heidelberg, in Germania, e successivamente hanno continuato le loro ricerche
sempre sulla D.M., l’una in Germania e l’altro negli Stati Uniti.
Essi hanno studiato lo sviluppo embrionale della D.M. nel
passaggio dallo stadio di 16 cellule a quello dell’embrione
segmentato, cioè dallo stadio delle cellule indifferenziate a
quello delle cellule specializzate sotto il controllo dei geni.
Hanno identificato poi tutti i geni responsabili dello sviluppo
della D.M. e un numero notevole di mutanti, in modo particolare quelli che determinano lo sviluppo e che così consentono le reciproche differenziazioni dovute alla loro posizione,
cioè la formazione dell’asse del corpo, la segmentazione del
corpo e la specializzazione delle singole parti dei vari organi.
Inoltre hanno scoperto 15 geni, che, se affetti da mutazioni,
causano difetti nello sviluppo dell’embrione e quindi malformazioni congenite ed aborti spontanei nelle donne.
Lewis, Nusslein-Volhard e Wieschaus ricevettero il Premio
Nobel per la Medicina 1995 “Per le loro scoperte riguardanti
il controllo genetico dello sviluppo precoce dell’embrione”.
Ancora oggi la D.M. viene utilizzata nei laboratori di ricerca
(anche nella nostra Università di Bari) e si è dimostrata più
utile del topo, anche se questo roditore ha il vantaggio della
somiglianza all’uomo ed è più utilizzato in particolari studi.
Ben sette Premi Nobel per la Medicina sono stati assegnati a
ricercatori che hanno usato la D.M. per le loro scoperte:
Morgan 1933, Muller 1946, Beadle 1958, Tatum 1958, Lewis
1995, Nusslein-Volhard 1995, Wieschaus 1995.
* Specialista chirurgo, storico della Medicina.
Notiziario marzo 2010
37
