Mucha cierpi na Azheimera

Etyka zabrania nam prowadzić badania ciężkich chorób ludzkich od razu klinicznie. Na szczęście w sukurs idą nam zwierzęta doświadczalne, nawet tak maleńkie i do nas pozornie niepodobne, jak muszka owocówka.

Pisałam już na tych łamach, że choroba Alzheimera (AD) jest w zasadzie nadal niepoznana. Ani co do jej dokładnych pierwotnych przyczyn (np. genów zasadniczo zwiększających ryzyko jej wystąpienia), ani co do mechanizmów jej powstawania. Wspominałam też, że dziś królują w tej materii dwie hipotezy, „amyloidalna” i „tauoidalna”, od nazw dwóch białek, których nadmierne odkładanie się w mózgu obserwujemy u chorych na Alzheimera. Ich zwolennicy niedawnymi czasy walczyli ze sobą równie zażarcie, co XVIII-wieczni owiści z animalkulistami. Czyli zwolennicy tezy, że życie ludzkie zawarte jest w jaju, z tymi, co uważali, że jajo to tylko spiżarnia, a życie jest w plemniku. I tak jak 300 lat temu, tak i teraz, wadzący się ze sobą naukowcy doszli do poglądu kompromisowego, a mianowicie, że i jedno i drugie jest ważne.

Zanim ta zgoda nastąpiła, należało każdą z hipotez wszechstronnie przebadać, a niekoniecznie dało się to robić na ludziach czy makakach, bo to ani etyczne, ani tanie. Cóż jednak począć, gdy nie ma innych objawów początków AD, niż zaburzenia zdolności poznawczych i pamięci. Można badać takie objawy u szczurów. Jest powszechnie wiadomym, że szczury szybko się uczą i są życiowo „sprytne” . Zatem szczury często wykorzystuje się do badania zjawisk zapamiętywania, np. w testach, gdzie szczur pływa w basenie, w którym znajduje się ukryta platforma, na której zwierzę może odpocząć, o ile zapamięta jej pozycję. Zbyt długo jednak trzeba czekać na kolejne szczurze pokolenie. Choroby zaś, w których podłoże może leżeć w nieprawidłowych genach, z których powstają nieprawidłowe białka, trzeba badać w kolejnych i kolejnych pokoleniach. Lepiej, jeśli młode uzyskujemy po 10 dniach, a nie po miesiącu czy trzech, czyż nie? Geny zatem kodujące białka hipotetycznie powodujące powstawanie AD u ludzi umieszczono w muszce owocówce Drosophila melanogaster.

Aby jakiś obcy gen wprowadzić do DNA muszki, trzeba go wstrzyknąć mikroigłą do muszego jaja – zapłodnionego i pozbawionego osłonek. Dzięki łatwo widocznym znacznikom (np. ów gen ludzki łączy się z genem warunkującym kolor muszych oczu) selekcjonuje się te muszki, w których iniekcja się powiodła. Potem samce i samice krzyżuje się, aby w potomstwie uzyskać muszkę produkującą wydajnie owo ludzkie białko, a nawet wiele różnych ludzkich białek. W przypadku badania hipotezy amyloidowej należało w ten sposób stworzyć muszkę produkującą zarówno białko-prekursor amyloidu beta (tzw. apolipoproteinę), jak enzym (zwany beta-sekretazą). Ów jest zdolny przeciąć prekursor w taki sposób, aby powstawał wadliwy fragment beta, łączący się w agregaty i tworzący ostatecznie  mózgu płytki starcze.

Udało się to już ponad 5 lat temu. Stwierdzono, że w mózgu tak zmienionej genetycznie muszki dochodzi do produkcji prekursora i jego wadliwego pocięcia na kawałki (proszę łaskawie spojrzeć na schemat). W tym owadzim mózgu dało się również zauważyć agregaty podobne do płytek starczych u ludzi, a same mózgi ulegały ostatecznie szalonym zmianom degeneracyjnym. Co jednak ciekawe, wszystko to działo się za szybko jak na demencję starczą. Muszka owocówka żyje w warunkach laboratoryjnych (czyli bez drapieżników i zmian warunków zewnętrznych, za to na dobrej karmie) maksimum 60 dni. Jest dojrzała płciowo w 4 do 8 godzin od opuszczenia poczwarki, staje się dojrzała immunologicznie, czyli odporna na właściwe sobie choroby zakaźne w jakieś 4 dni. I wtedy też, czyli bardzo wcześnie dla życia dorosłej muszki, obserwowano pierwsze objawy neurodegeneracyjne. Przypominałoby to zatem sytuację dotykającą ok. 5 proc. wszystkich przypadków AD, gdy choroba „włącza się” wcześnie, u ludzi 30-40 letnich.

Tak jednak kroić każdą muszą głowę, aby się przekonać „czy jej rozumu nie brak” jest pracochłonne, bo muszki są maleńkie. Znaleziono zatem szybki test, który pozwalałby stwierdzić czy muszka – model AD również traci pamięć. Okazało się, że muszka produkując amyloid beta zapominała… jak latać. Obserwację prowadzono w przeźroczystym słoiczku pełnym muszek. Naczyniem delikatnie uderzano o stół, tak że wszystkie owady spadały na dno. Normalne drosophile niemal natychmiast podrywały się do lotu. Muszki z Alzheimerem nie były do tego zdolne, mimo że ich skrzydełkom i mięśniom nic nie brakowało. Teraz wystarczy w połowie słoiczka zaznaczyć linię, której przekroczenie przez muszkę daje wynik jeden, a zostanie pod linią wynik zero. Zasadniczo można w 30 sek. obserwacji wyrazić pamięć w procentach, jeśli much było 100. Czasem wielka biologia posługuje się bardzo prostym instrumentarium, nieprawdaż?

Model ów stwarza wielkie perspektywy. Już dziś wiadomo, że da się na nim testować leki hamujące powstawanie beta-amyloidu. Można też tu badać wpływ innych genów na to szkodliwe dla mózgu zjawisko. Gdy zaś ostatnio coraz częściej podkreśla się rolę stanu zapalnego w powstawaniu neurodegeneracji w mózgu opanowanym przez AD, modelowa muszka spada na dno słoika w wielu laboratoriach. Można u niej bowiem wywołać stan zapalny. Trochę inny niż nasz, ale za to bardzo prosty do obserwacji i pomiaru. To już jednak materiał na kolejną opowieść.