Warum erforschen Wissenschaftler Fliegen?

Warum erforschen Wissenschaftler Fliegen?

Äußerlich haben Fruchtfliege und Mensch nicht viel gemeinsam. Umso erstaunlicher ist es, dass ungefähr 60 Prozent der Fliegen-Gene beim Menschen in ähnlicher Form vorkommen. Viele Erkenntnisse, die durch die Forschung mit Drosophila gewonnen wurden, liefern daher wichtige Hinweise darauf, wie ein Vorgang in Säugetieren oder dem Menschen ablaufen könnte. Drosophila fällt nicht unter das Deutsche Tierschutzgesetz – Experimente mit Drosophila sind also vom Gesetz her keine Tierversuche.

Hohe genetische Ähnlichkeit zu Säugetieren

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Fettkörperzellen der Fruchtfliege mit Fetttröpfchen (rot) und dem Fett-spaltenden Enzym "Brummer" (grün). Das Enzym reguliert den Umfang des Körperfettspeichers der Fliege. Fliegen mit erhöhter brummer-Aktivität sind mager. Umgekehrt akkumulieren Fliegen ohne brummer-Aktivität übermäßig viel Fett. Im menschlichen Erbgut gibt es ein Gegenstück zum "Brummer"-Gen. Deshalb könnte das Enzym auch beim Menschen an Adipositas beteiligt sein.

Analysen des Fliegenerbguts sind einfacher als bei Maus oder Mensch, da es nur aus acht Chromosomen besteht. Zum Vergleich: Das Erbgut einer Maus besteht aus 40, das eines  Menschen aus 46 Chromosomen. Als eines der ersten Genome haben Wissenschaftler das Fliegen-Erbgut bereits im Jahr 2000 vollständig entschlüsselt. Drosophila besitzt demzufolge etwa 15.000 Gene, die Informationen für Proteine enthalten. Zum Vergleich: Mensch und Maus besitzen beide rund 24.000 Gene. Ein Vergleich des Erbguts von Mensch und Fliege zeigt, dass

  • rund 75 Prozent der Gene, die beim Menschen als Ursache einer Erkrankung bekannt sind, auch in der Fliege vorkommen.
  • Drosophila mehr als 90 Prozent der Gene besitzt, die beim Menschen Krebs auslösen können.

Dank dieser hohen genetischen Ähnlichkeit können Wissenschaftler an den Fliegen untersuchen, welche Funktion Gene besitzen, die beim Menschen Krankheiten hervorrufen können.

Artgerechte Haltung

Fruchtfliegen brauchen nicht viel Platz und haben keine hohen Ansprüche an ihre Umgebung: ein kleines Plastik- oder Glasgefäß und die passende Nahrung genügen. Wenn dann noch Temperatur und Luftfeuchtigkeit stimmen, lassen sie sich problemlos halten und vermehren.

Hohe Fruchtbarkeit und schnelle Entwicklung

Unter optimalen Bedingungen legt ein Drosophila-Weibchen bis zu 100 Eier pro Tag. Forschern steht dadurch innerhalb kürzester Zeit eine große Zahl an Tieren zur Verfügung.

Aus den Eiern entwickeln sich je nach Umgebungstemperatur in ein bis zwei Wochen ausgewachsene Fliegen: Bei 25 Grad dauert dies neun bis zehn Tage. In dieser Zeit entwickeln sich die Tiere innerhalb eines Tages zum Embryo. Danach durchlaufen sie drei Larven- und ein Puppenstadium bis zur fertigen Fliege. Pro Jahr können so rund 25 Fliegen-Generationen heranwachsen. Zum Vergleich: Labormäuse bringen pro Jahr lediglich vier bis sechs Generationen hervor.

Leichte genetische Veränderbarkeit

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Ähnlich wie der Mensch können auch Fruchtfliegen an Muskeldystrophie erkranken, wenn ihre Gene für den Dystrophin-Dystroglykan-Proteinkomplex mutiert sind. Fliegen mit einem entsprechenden genetischen Defekt entwickeln die typischen Anzeichen einer Muskeldystrophie (rechts): Die Muskelkraft schwindet, und das Muskelgewebe wird immer weiter abgebaut (rot).

Forscher können das Erbgut von Drosophila relativ leicht verändern. Lange Zeit erfolgte dies mithilfe Erbgut-verändernder Substanzen oder Strahlung. Heute nutzen Wissenschaftler vielfach die Gen-Schere Crispr-Cas9, um beispielsweise Abschnitte im Erbgut einer Fliegenzelle gezielt zu verändern oder auszuschalten. Mit dem sogenannten UAS/Gal4-System wiederum lassen sich Gene zu jedem gewünschten Zeitpunkt und in jedem Gewebe aktivieren. Dazu injizieren Wissenschaftler die veränderten Abschnitte kurz nach der Befruchtung in die Zellen eines Fliegenembryos. Dank dieser schnellen und billigen Methoden gibt es heute weltweit mehrere zehntausend genetisch veränderte Drosophila-Stämme – viel mehr als von jedem anderen Organismus. 

Leichte Untersuchbarkeit

Von Vorteil ist außerdem, dass die Fliegen Eier legen. Dadurch entwickelt sich der Nachwuchs außerhalb des Körpers der Mutter, Wissenschaftler können so den sich entwickelnden Embryo leichter beobachten und genetisch verändern. Deshalb lassen sich aus Individuen mit Veränderungen im Erbgut (Mutationen) schneller als bei anderen Tieren unterschiedliche genetische Linien züchten.

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