VINSKE MUŠICE NA METAMFETAMINU I KOKAINU

Uloga laboratorijskih životinja u neuroznanosti

Vinska mušica (lat. Drosophila melanogaster) je mali insekt kojeg smo svi nekada sreli kako zuji oko čaše vina ili voća koje truli. Iako manje zastupljena u bazičnim istraživanjima od miševa ili štakora, zaslužna je za otkrića u području genetike i biologije koja su postavila temelj suvremenih medicinskih istraživanja. Značajan broj laboratorija u kojima znanstvenici istražuju središnji živčani sustav vinske mušice usmjereni su na istraživanje neurodegenerativnih procesa kao što su: Parkinsonova bolest, Alzheimerova bolest, razni poremećaji učenja i pamćenja, starenje i niz drugih. Istraživanje bolesti ljudi u majušnom insektu moguće je radi nevjerovatne sličnosti koja između mušica i ljudi postoji na genetskom nivou. No, unatoč tome, kako je moguće da mali mozak mušice pomaže u objašnjavanju funkcija ljudskog mozga?

Poremećaji funkcija mozga predstavljaju najveći izazov suvremene medicine radi njegove izuzetne kompleksnosti. Ljudski mozak sadrži oko 86 milijardi živčanih stanica ili neurona, a svaki neuron povezan je s više od 10 000 svojih bližih i daljih „susjedskih“ neurona. Neuroni međusobno komuniciraju odašiljanjem električnih signala i kemijskih molekula (glasnika). Ako pokušamo zamisliti neprestano odašiljanje signala u tako velikoj mreži neurona mozak izgleda vrlo brbljiv, glasan i kaotičan. Identifikacija neuronskih mreža koje su svojom koordiniranom aktivnošću odgovorne za određeni aspekt ponašanja je stoga vrlo izazovan. No mozak vinske mušice ima samo 100 000 neurona, ali vrlo raznovrstan repertoar ponašanja, pa predstavlja pogodan model za ispitivanje regulacije neuronske funkcije.

Sličnost gena ljudi i vinske mušice

Radi zajedničkog evolucijskog nasljeđa vinske mušice i ljudi posjeduju 44% sličnih gena, a čak 75% gena koji su povezani s razvojem bolesti kod ljudi prisutno je u vinskim mušicama.  Geni predstavljaju upute za proizvodnju proteina koji grade naš organizam, tako da su stanice i tkiva mušica i ljudi sličnija nego što to na prvi pogled izgleda. Kada se na mušicama izučavaju neurodegenerativne promjene ili psihijatrijski poremećaji naglasak je na razumijevanju promjena u stanici koje su posljedica promijenjene funkcije gena. Kako bi se definirala uloga pojedinog gena u razvoju bolesti ili određenog ponašanja moguće je u genom mušice umetnuti mutiranu kopiju gena ili u genu kojeg mušica posjeduje izazvati mutaciju, te istraživati na koji način ona mijenja procese u živčanim stanicama ili u komunikaciji s drugim živčanim stanicama.  Takva istraživanja na ljudima nisu etična, dok je korištenje miševa za istu svrhu još uvijek složenija i skuplja alternativa.

Pokusi s vinskim mušicama na Sveučilištu u Rijeci

U našem Laboratoriju za genetiku ponašanja na Odjelu za biotehnologiju, Sveučilišta u Rijeci koristimo vinske mušice kako bi odgonetnuli  genetske procese koji se u mozgu aktiviraju nakon konzumiranja opojnih droga, metamfetamina i kokaina. Ovisnost je vrlo složena bolest mozga koja se razvija radi utjecaja raznih okolinskih čimbenika, ali ima i podjednako važnu biološku osnovu. U konačnici ovisnost rezultira gubitkom kontrole nad konzumacijom droge što ima negativne posljedice za pojedinca, njegovu okolinu i društvo. Ovisnost, kao i niz drugih poremećaja ličnosti često je stigmatizirana pa se smatra da je uzimanje droge posljedica „slabog karaktera“ pojedinca koji nije u stanju oduprijeti se nagonu za konzumiranjem droge. Moderna znanstvena istraživanja pokazuju suprotno, da je ovisnost bolest koja se razvija zbog djelovanja droge na mozak čime se mijenjaju osnovne psihološke sposobnosti kao što su učenje i pamćenje, motivacija i donošenje odluka.  Dakle, u osnovi razvoja ovisnosti su biološke promjene u funkciji neurona i izazov je otkriti kako one počinju, koji geni su u to uključeni i kako takve promjene postanu dugotrajne.

Istraživanje razvijanja ovisnosti

Vinska mušica se već dva desetljeća koristi kao modelni organizam u istraživačkim laboratorijima kako bi se otkrilo kako početno konzumiranje opojnih droga mijenja funkcioniranje mozga i kako te početne promijene tijekom vremena dovedu do razvoja ovisnosti. Vinske mušice su dobar model organizam za takvu vrstu istraživanje ne samo radi genetske sličnosti, već i radi toga što administracija droga vinskim mušicama izaziva slična ponašanja kao i u ljudi. Alkohol na mušice djeluje slično kao i na ljude: u manjim količinama podiže pobuđenost živčanog sustava, a u većim količinama djeluje sedirajuće. Nakon opetovanih administracija alkohola mušice razviju toleranciju, a tijekom vremena razviju preferenciju za alkoholom u odnosu na običnu hranu.  Većina nas se s mušicom u tom pogledu može identificirani; veseli smo i brbljavi kad popijemo malo, pospani kad popijemo malo više, ako pijemo redovito tolerancija će nam se povećati, a kod nekih će nažalost prijeći u alkoholizam.

Kokain, droga sa psihostimulativnim djelovanjem, u mušica kao i ljudi povećava pobuđenost živčanog sustava što je mjerljivo kao povećanje količine kretanja i smanjenje količine spavanja. (Da, mušice su nam slične i po tome što spavaju, uglavnom po noći i to se može u laboratoriju precizno mjeriti). Ponovljene administracije kokaina ili metamfetamina u mušica mijenjaju količinu ponašanja, što pokazuje da opojne droge promijene način funkcioniranja i reagiranja već nakon svega par puta što je mozak bio izložen drogi. No najvažniji cilj istraživanja ovisnosti je da se korištenjem laboratorijskih životinja identificiraju novi geni koji reguliraju ponašanja izazvana konzumacijom opojnih droga, koji onda predstavljaju osnovu za translacijska istraživanja usmjerena ka razvoju lijekova.

Vinske mušice vole metamfetamin

Tijekom protekle četiri godine kada je naš rad financirala Hrvatska zaklada za znanost (HRZZ) razvili smo dvije nove metode za administraciju, praćenje i objektivno mjerenje ponašanja koja su izazvana kokainom i metamfetaminom. Prva metoda precizno mjeri količinu kretanja pojedine mušice nakon što su izložene drogi u obliku aerosola. Druga metoda omogućava mušicama da same biraju između dva izvora hrane, precizno mjeri količinu konzumirane hrane i količinu kretanja. Gotovo nevjerovatni rezultat kojeg smo dobili primjenom ove metode je da mušice više biraju i konzumiraju – hranu s metamfetaminom! Kod ljudi želja za konzumacijom droge povezna je s osjećajem ugode, što je povezano s centrima u mozgu koji kontroliraju motivaciju i donošenje odluka. U mušica nemamo objektivni način za ustanoviti da li one doživljavaju ugodu, no evidentno je da i maleni mozak vinske mušice posjeduje neurone na koje metamfetamin djeluje na način da motivira mušice na ponovno uzimanje droge.

HRZZ je prepoznala važnost našeg rada i tijekom naredne četiri godine financirati će istraživanja u kojima ćemo koristiti raznovrsne genetske tehnike za mijenjanje aktivnosti gena u mozgu mušice kako bi razjasnili na koji način metamfetamin mijenja normalnu aktivnost neurona. Cilj mojeg laboratorija kojeg sačinjavaju suradnice, poslijedoktorandica Ana Filošević i doktorandica Franka Rigo, je istražiti kako opojne droge mijenjaju kemijsku ravnotežu u i izvan neurona, koji geni na to utječu i koji dijelovi mozga su u taj proces uključeni. Spoznaje do kojih dođemo biti će osnova za suradnju sa znanstvenicima koji će naše rezultate testirati u miševima, a sve u cilju razvijanja novih terapeutskih pristupa u liječenju ovisnosti.