Uw profiel is aangemaakt

U heeft een e-mail ontvangen met een activatielink. Vergeet niet binnen 24 uur uw profiel te activeren. Veel leesplezier!

De fruitvlieg is het ideale proefdier

Groen

Joep Engels

Fruitvlieg op een appel. © colourbox

Het is het ideale proefdier. Goedkoop, makkelijk in het onderhoud en met snel resultaat. Maar wees voorzichtig. 'Het fruitvliegje is toch een heel ander beestje dan de mens.'

Waar komen ze toch vandaan? Je hoeft op warme dagen de fruitschaal maar even onbeheerd achter te laten, of ze vliegen je in groten getale tegemoet. Fruitvliegjes!

Lees verder na de advertentie

Het gekke is, de wetenschap weet ook niet waar ze vandaan komen. Tenminste, het is onduidelijk waar ze overwinteren. Waar de vliegjes in hun laboratoria vandaan komen, dát weten wetenschappers heel goed. Fruitvliegjes bestel je gewoon. Bij Bloomington in het Amerikaanse Indiana bijvoorbeeld. Vandaag besteld, morgen in huis. In elke gewenste genetische variant.

Omdat het dier ongewerveld en koudbloedig is, hoeft er geen ethische commissie aan te pas te komen

Je kunt ze ook gewoon zelf vangen hoor, zegt Bas Zwaan, hoogleraar erfelijkheidsleer aan Wageningen universiteit. "Maak een papje van havermout, suiker en een beetje gist, en hang dat op in een val aan een boom. Daar komen ze geheid op af."

Liefhebber van dauw

Maar dan heb je wel allerlei fruitvliegjes door elkaar. En de wetenschap is vooral geïnteresseerd in één variant: Drosophila melanogaster. Letterlijk: een liefhebber van dauw met een zwarte buik. Het geslacht kent talloos veel soorten. Dat melanogaster is uitgegroeid tot de koningin van het biologisch lab, is grotendeels toeval. En een verhaal apart. Daarover later meer.

Feit is dat het kleine insect aan de basis heeft gestaan van vele wetenschappelijke carrières. Het heeft baanbrekende publicaties mogelijk gemaakt. Zes Nobelprijzen - vorig jaar nog met de biologische klok - zijn aan de fruitvlieg te danken. Het is een van de allereerste dieren waarvan het genoom in kaart is gebracht. Je kunt gerust stellen dat zonder de fruitvlieg de genetica niet van de grond was gekomen, of pas veel later.

Dat is met vlinders al anders. Die doodmaken vinden sommige studenten zielig.

Goed voor ze zorgen

Het is een heel handzaam proefdier, zegt Zwaan. Eenvoudig te kweken en goedkoop in het onderhoud. En omdat het dier ongewerveld en koudbloedig is, hoeft er geen ethische commissie aan te pas te komen. "Ik ken ook niemand die er moeite mee heeft een vlieg dood te slaan. Je moet goed voor ze zorgen, dat wel. Ik word boos op studenten als hun vliegjes zijn doodgegaan omdat het voer op was. Maar als het practicum is afgerond, is het de bedoeling de vliegjes dood te maken door ze in de vriezer te zetten. Daar heeft nog nooit iemand tegen geprotesteerd. Dat is met vlinders al anders. Die doodmaken vinden sommige studenten zielig. Kennelijk zijn vlinders al aaibaar."

Het is ook een heel geschikt proefdier. Ruim een week nadat de eitjes zijn uitgekomen, zijn de larven ontpopt en volwassen geworden, en zorgen ze voor een nieuwe generatie. Dan kan de onderzoeker controleren of zijn ideeën over genen kloppen. Is dit gedrag erfelijk? Wat is het effect van een genetische mutatie? Hoe werken verschillende genen samen? Hoe resulteert een gendefect in een bepaalde ziekte en wat kun je daartegen doen? Zwaan: "75 procent van de genen waarvan wij weten dat een foutje bij de mens een ziekte veroorzaakt, komt ook bij de fruitvlieg voor. Het is dus een heel geschikt modeldier om te testen wat zo'n gendefect doet. Het gaat ook heel gemakkelijk: je kunt de chromosomen waar de genen op liggen, bijna met het blote oog zien."

Geschiedenis

Die handigheid als proefdier was al rond 1900 ontdekt. Eerst door de Amerikaanse entomoloog Charles Woodworth, maar Drosophila is naar grote hoogte gebracht door zijn landgenoot Thomas Hunt Morgan. In die jaren waren de erfelijkheidswetten van Gregor Mendel herontdekt en menig wetenschapper wilde proberen of het bij dieren ook zo werkte: of veranderingen van eigenschappen erfelijk konden zijn. Of zulke veranderingen ook een generatie konden overslaan.

Ook Morgan deed daar driftig aan mee. Hij bestraalde zijn vliegjes met röntgen, om ze allerlei nieuwe eigenschappen te geven en kruiste er op los. Op een goede dag trof hij een vliegje met witte ogen - normaal zijn hun ogen rood. Nadat hij dit vliegje had gekruist met roodogigen, kreeg hij alleen nageslacht met rode oogjes. In volgende generaties dook het wit weer op, maar alleen bij mannetjes. Dat bracht Morgan tot de conclusie dat het wit-gen niet alleen recessief was, maar ook dat het vermoedelijk op het X-chromosoom zat.

De rest is geschiedenis. In 1933 kreeg Morgan de Nobelprijs voor geneeskunde, voor zijn 'ontdekking van de rol van chromosomen in de erfelijkheid'. Het was de eerste Nobelprijs voor genetisch onderzoek. "Dat is eigenlijk heel grappig", zegt Joost van den Heuvel, onderzoeker in de groep van Zwaan. "Hij wilde juist bewijzen dat het niet zo was. Hij wilde de heersende opvatting, dat genen op de chromosomen zitten, ontzenuwen. Maar hij was sportief genoeg om de onverwachte uitkomst te erkennen."

Hermetisch afgesloten

In zijn onderzoeksruimte demonstreert Van den Heuvel het gemak van de fruitvlieg. Het is een kleine kamer, hermetisch afgesloten. "Er mag geen gemuteerd vliegje ontsnappen. Laatst vertelde een vriend dat hij een witoog had gezien. Een sterk verhaal, dat zou een directe nazaat van de Morgan-vliegjes moeten zijn geweest." Er hangt een weeïge geur. Schappen staan vol met potjes, allemaal met hun eigen labeltje. De vliegjes van diverse generaties, met hun eigen mutaties en horend bij een specifiek experiment, kruipen tegen de wanden omhoog.

Sommige fruitvliegjes hebben gekrulde vleugels, andere apart gekleurde ogen of een typisch patroon op hun buik

Hij spuit wat kooldioxide in een buisje om de vliegjes te verdoven. Daarna kan hij ze er met een soort pipet uitzuigen en op het objectiefplaatje van zijn microscoop draperen. "Kijk maar eens hoe mooi ze zijn", zegt hij nadat hij de vliegjes op kenmerken heeft gesorteerd. Sommige hebben gekrulde vleugels, andere apart gekleurde ogen of een typisch patroon op hun buik. De te onderzoeken mutatie wordt altijd gecombineerd met een zichtbare variant, legt Van den Heuvel uit. Zo kunnen ze aan bijvoorbeeld die gekrulde vleugeltjes zien wie de mutatie heeft gekregen.

"Op zulke momenten ben ik altijd weer verrast hoe klein ze zijn", zegt hij dan. "Het beeld van een fruitvliegje dat ik in mijn hoofd heb, is van de posters die ik op conferenties zie. Maar vanochtend was ik met studenten bezig om hun grootte op te meten. Daarvoor trekken we het rechtervoorpootje uit - internationaal is afgesproken dat de lengte van dat pootje een maat voor zijn grootte is. Toen dacht ik weer: tjonge, ze zijn wel heel klein."

Groeit nog steeds

Het succes van Thomas Morgan, maar vooral ook de wijze waarop hij zijn onderzoek had georganiseerd (zijn beroemde vliegenkamer aan de universiteit van Columbia is nog altijd te bezichtigen), inspireerde anderen. De hoeveelheid kennis over Drosophila groeide enorm. En groeit nog steeds. Zwaan loopt naar zijn boekenkast en trekt er een enorme dikke, blauwe pil uit. "Vroeger hadden we een rood boekje. Nu is dit ons handboek. Alle bekende mutaties staan erin beschreven. Want let wel: dit is alleen de genetica van de fruitvlieg."

Het is een sneeuwbaleffect, zegt hij. Omdat er zoveel over de fruitvlieg bekend werd, werd het steeds interessanter om daarop voort te bouwen. "Als je eenmaal iets weet van de fruitvlieg, wordt het makkelijker iets nieuws te ontdekken. Had iemand iets aan een ander beestje ontdekt, dan wilde men weten hoe dat bij de fruitvlieg zat. Of: als je het genoom van een insect in kaart wilde brengen, maar niet wist hoe de puzzelstukjes pasten, dan hielp het als je de DNA-kaart van Drosophila als voorbeeld ernaast hield."

De fruitvlieg is een modelorganisme geworden. "Een antwoord op al uw vragen in de genetica", zegt Zwaan. Zelf is hij gepromoveerd op verouderingsonderzoek. Hij onderzocht onder andere wat het effect van seks is op levensduur en verouderingssnelheid. "Nu stellen we ook de vraag welke genen betrokken zijn bij dit langere leven. En vervolgens, zou dat bij de mens vergelijkbaar werken?"

Overeenkomsten

Het is een legitieme benadering, zegt hij, maar je moet er wel voorzichtig mee zijn. "Het vliegje mag dan dezelfde genen hebben als de mens, het is een heel ander beestje. Is de humane ontwikkeling van zwangerschap en geboorte vrij lineair, bij fruitvliegjes heb je de stadia van eitje, larve, pop en volwassen dier. En langlevendheid is een beetje gek bij een vliegje dat maar een paar weken oud wordt."

Je moet je afvragen wat die genetische overeenkomsten betekenen, hoeveel waarde je eraan kunt hechten. "In 2000 is het genoom van de fruitvlieg opgehelderd. Het beestje bleek een kleine 16.000 genen te bezitten. Drie jaar later was die klus voor de mens geklaard. 25.000 genen, niet zo heel veel meer. Dat was een eye-opener. Het aantal zegt dus niet alles. De functie en werking van een gen hangt ook af van zijn positie op het genoom, van zijn wisselwerking met andere genen."

Het zenuwstelsel van de vlieg lijkt op dat van de mens

Op de grond vallen

Erik Storkebaum, farmaceut van het F.C. Donders instituut in Nijmegen, is zich van deze beperkingen bewust. Hij onderzoekt de genetische achtergrond van neurodegeneratieve ziektes zoals ALS. Hij wil weten welke genen daarbij een rol spelen, of welke combinatie van genen. In zijn proefopstelling laat hij buisjes met allerlei mutanten op de grond vallen. De snelheid waarmee de vliegjes na de val tegen de wand omhoogkruipen is een maat voor hun verminderde capaciteit.

Het zenuwstelsel van de vlieg lijkt op dat van de mens, zegt hij. Dat geldt ook voor de motorische zenuwen en de moleculen die voor de overdracht zorgen. "Dat maakt het een goed model. En belangrijk: het gaat snel. Ik kan in korte tijd heel veel genen testen." Zo worden fruitvliegen ook gebruikt door Ronald van Rij en Annette Schenck, onderzoekers van het Radboudumc in Nijmegen, die grote hoeveelheden mutanten analyseren voor de afweer tegen virussen, respectievelijk hersenfunctie en ziektes. Natuurlijk, zegt Storkebaum, "Een vlieg is geen mens, maar met deze proeven heb ik een eerste selectie, en kan ik gerichter bij muizen en hogere dieren gaan zoeken. Voor deze fase is de fruitvlieg het perfecte proefdier om mee te werken."

Perfect

Dat is Zwaan uit Wageningen met hem eens. "Nou ja, perfect? Het fruitvliegje heeft bepaalde mechanismes ook niet. DNA-methylering bijvoorbeeld, bij de mens een belangrijk proces in de genetische expressie - dat kent het fruitvliegje niet. Maar verder?

"Ik vergelijk het wel eens met een fiets. Het is misschien geen perfect ontwerp, maar als ik nu een nieuwe fiets zou moeten ontwerpen, kwam ik toch weer op dit type uit. Dat geldt ook voor het fruitvliegje. Het is mooi en simpel, en here to stay."

In genetisch opzicht dan, merkt Van den Heuvel op. "Het is een dier dat we alleen van het lab kennen. In ecologisch opzicht is het nog een groot raadsel. Ik heb ook met levendbarende visjes gewerkt, een soort guppies. Daar kwam een hoop gedoe bij kijken, maar je kreeg met zo'n aquarium wel een beeld van hun leven. Je zag wat de ecologische consequenties waren van die genen. Zelfs van vlinders weten we dat. Je hebt biologen die één vlinder de hele dag volgen. Maar dat gaat bij fruitvliegjes niet. Als je ze observeert, vliegen ze op en stoppen ze waar ze mee bezig waren. We hebben eigenlijk geen idee wat een fruitvlieg op een dag zoal doet."

Out of Afrika

Net als de mens komt de fruitvlieg uit Afrika. Drosophila melanogaster kwam ooit alleen in Tanzania voor, maar in het kielzog van de mens - of beter: in diens fruitmanden - verspreidde ook de fruitvlieg zich over de wereld. "Het is een huisdier geworden", zegt Bas Zwaan. "Overal waar de mens is, daar is de fruitvlieg." Een soort rat, vult zijn medewerker Joost van den Heuvel aan.

Je ziet het ook terug in de genetica. Net zoals bij de mens is de genetische variatie tussen fruitvliegjes buiten Afrika kleiner dan de variatie binnen het moederland. Want al zijn er zes miljoen varianten binnen Europa, de verschillen zijn klein. Aan die verschillen kun je wel zien hoe de vlieg zich hier heeft verspreid. Er is een stroming vanuit Gibraltar en een via het Midden-Oosten. "Precies", zegt Van den Heuvel. "Met de mens mee."

Nobelprijzen met Drosophila

1933
Thomas Hunt Morgan
De rol van chromosomen

1946
Hermann Muller
Mutaties door röntgenstralen

1995
Edward Lewis, Christiane Nusslein-Volhard, Eric Wieschaus
Embryonale ontwikkeling

2004
Richard Axel, Linda Buck
Geurreceptoren

2011
Jules Hoffman, Bruce Beutler en Ralph Steinmann
Het aangeboren immuunsysteem

2017
Jeffrey Hall, Michael Rosbash en Michael Young
Biologische klok

Deel dit artikel

Omdat het dier ongewerveld en koudbloedig is, hoeft er geen ethische commissie aan te pas te komen

Dat is met vlinders al anders. Die doodmaken vinden sommige studenten zielig.

Sommige fruitvliegjes hebben gekrulde vleugels, andere apart gekleurde ogen of een typisch patroon op hun buik

Het zenuwstelsel van de vlieg lijkt op dat van de mens