Grad: Rijeka (DHMZ)
Danas: 23° 3
Sutra: 19° 20° 3
24. lipnja 2018.
Genetika i ovisnost

NEOBIČNO ISTRAŽIVANJE Riječki laboratorij pretvara vinske mušice u ovisnice o - kokainu

Foto arhiva Rozi Andretić
Foto arhiva Rozi Andretić
Autor:
Objavljeno: 7. ožujak 2018. u 10:10 2018-03-07T10:10:00+01:00

Izlažući kokainu i metafetaminu svoje leteće ispitanike, riječki tim ispituje kako mijenjanje kemijske ravnoteže u mozgu ili mijenjanje aktivnosti gena utječe na uobičajeno ponašanje izazvano psihostimulansima

Da vinske mušice uživaju u alkoholu može iz vlastitog opažanja potvrditi gotovo svaki ljubitelji »dobre kapljice«, a ova znamenita evolucijska povezanost dobro je i pojašnjena u znanstvenoj literaturi.

No čak i znanost nije baš točno sigurna što sve i zašto veže vinske mušice (Drosophila melanogaster) i opojne droge. Možda i najbliža odgovoru na ta pitanja, koji bi ujedno mogao odgovoriti i na neke fundamentalnije probleme genetike i ovisnosti, jedna je riječka znanstvenica – doc. dr. sc. Rozi Andretić Waldovski.

Priču o tome kako i zašto jedan riječki znanstveni laboratorij – konkretnije Laboratorij za genetiku ponašanja na Odjelu za biotehnologiju Sveučilišta u Rijeci – vinske mušice pretvara u ovisnice o kokainu i metafetaminu valja započeti kratkim podsjećanjem na intrigantni znanstveni put prof. Andretić Waldovski, biologinje koja je karijeru započela diplomiravši psihologiju na Sveučilištu u Rijeci.

Nakon odlaska u SAD, doktorirala je biologiju na Sveučilištu u Virginiji posvetivši se tijekom doktorata istraživanju genskog mehanizma cirkadijurnog sata – »unutarnjeg« biološkog sata po kojem u dnevno-noćnom ritmu funkcioniraju svi organizmi na Zemlji. Određene gene koji kontroliraju cirkadijurni ritam već je dvadesetak godina prije toga identificirao trojac znanstvenika koji su prošle godine za to dobili i Nobelovu nagradu. Kao i oni, i Rozi je cirkadijurnu regulaciju ponašanja istraživala na vinskim mušicama, no njenu je pozornost privukla metoda koju je u istom laboratoriju razvijala kolegica doktorandica – mjerenje ponašanja koje kod Drosophile izaziva kokain.

Foto Marko Gracin

Rad u Sciencu 

Pretražujući literaturu shvatila je da bi na vezu kokaina i ponašanja koje ova opojna droga izaziva, mogli utjecati i cirkadijurni geni. Kad je krenula u testiranje, njene hipoteze pokazale su se točnima – mušice koje nisu imale određene cirkadijurne gene drugačije su reagirale na kokain. Bilo je to otkriće vrijedno publiciranja u prestižnom Sciencu, s hrvatskom znanstvenicom u ulozi vodeće autorice.

– Bilo je to tada vrlo zanimljivo otkriće jer je govorilo u prilog jedne od teza u genetici da su geni pleotropni, odnosno da imaju više od jedne funkcije. Osim toga, do tada nitko još nije bio povezao cirkadijurne gene i ponašanje pod utjecajem psihoaktivnih supstanci, prisjetit će se Rozi. Dotični je rad do danas citiran gotovo tristo puta, no većina je znanstvenika ovu povezanost tijekom godina nastavila istraživati uglavnom na sisavcima. Veliki broj radova koji su od tada nastali dokazali su povezanost cirkadijurnih gena s raznim oblicima ponašanja izazvanim kokainom, opijatima, pa i alkoholom kod miševa. Dokazala se u konačnici i povezanost cirkadijurnih gena sa sklonošću ka razvoju ovisnosti o alkoholu i kod ljudi. Cirkadijurni geni su se, generalno rečeno, pokazali univerzalnim genetskim mehanizmom koji se aktivira kod utjecaja opojnih droga na živčani sustav. No sve ove godine, tvrdi naša sugovornica, i dalje nije razjašnjeno zašto se ova poveznica zapravo događa.

Foto arhiva Rozi Andretić

– Pokazalo se primjerice da su cirkadijurni geni povezan s regulacijom dopamina, vrlo važnog neurotransmitera odgovornog za osjećaj ugode čija je aktivacija povećana tijekom uzimanja droga. No kako je većina tih istraživanja rađena na miševima, gdje je identifikacija novih gena koji su povezani s cirkadijurnim satom teška, zapravo nije napravljen značajan genetski korak unaprijed, pojašnjava Rozi koja se nakon angažmana na Sveučilištu u Virginiji, a potom i na Institutu za neuroznanost u San Diegu vratila u Rijeku, naumivši nastaviti upravo s ovom linijom istraživanja.

Znajući kako razina financiranja znanosti u Hrvatskoj nije na razini na koju je navikla u SAD-u, odlučila je iskoristiti sve prednosti koje pružaju njeni omiljeni ispitanici – vinske mušice.

Foto arhiva Rozi Andretić

Drosophila melanogaster, kukac iz reda dvokrilaca, jedan je od najomiljenijih »laboratorijskih kunića«, ili kako bi znanstvenici rekli, »modelnih organizama za ispitivanje u laboratoriju«. Upravo na njima je Thomas Hunt Morgan još početkom 20. stoljeća uspio dokazati da su kromosomi mehanička osnova nasljeđivanja, ciljano traživši organizam koji se brzo razmnožava i na kojem se u kratkom vremenu mogu gledati promjene tijekom generacija.

Mušica za Nobela

Pored one Morganove, Drosophila je »zaslužna« za još pet Nobelovih nagrada, između ostalog i onu za otkriće utjecaja rendgenskih zraka na mutacije u kromosomima. Istraživanja su pokazala da ljudi i Drosophile dijele oko 60 posto gena, te da čak 75 posto gena koji uzrokuju bolesti ljudskog organizma imaju slične sekvence i kod Drosophile. Sve u svemu, vinska mušica – organizam koji nije ni predmet etičkih ograničenja i spada u najjeftinije »laboratorijske modele« – dovela je do niza otkrića koja su se pokazala relevatna za daljnja ispitivanja na sisavcima.

– Do danas su se zbog toga razvile jako dobre metode manipuliranja gena i analiziranja njihove aktivnosti u vinskoj mušici. Nekad su se mutacije gena dobivale tako da bi se mušice hranile kemijskim mutagenima, ali danas to više nije potrebno jer postoje velike banke koje čuvaju sojeve mušica s mutacijama. Dovoljno ih je naručiti pa možete poštom dobiti stotinu mušica s raznoraznim mutacijama, priča Rozi koju čudi da je njen tim i dalje jedini u Hrvatskoj koji radi s ovim organizmima.

Kad je započinjala novi riječki period karijere, naša je sugovornica smatrala da je otkrivanje novih gena najbolji način da dalje istražuje vezu cirkadijurnih gena i reakcije na opojne droge. No glavni razlog zbog kojeg se veći pomak na ovom području nije dogodio, smatrala je Rozi, bio je nedostatak kvalitetne metode za mjerenje ponašanja. Naime, nakon što određena psihoaktivna supstanca stimulira živčani sustav mušice, posljedica je povećana lokomocija. Drugim riječima, glavni način da se taj utjecaj zabilježi mjerenje je intenziteta kretanja.

Nova metoda 

– Iako je tada dao legitimne rezultate, test koji smo mi tada na Sveučilištu u Virginiji koristili za ispitivanje utjecaja kokaina na ponašanje bio je neprkiladan za testiranje velikog broja mušica – što je važan uvjet za otkrivanje novih gena. Naš »stari« test je zahtijevao i predugu analizu video zapisa, pojasnila je Rozi koja je sa svojim timom u Rijeci najprije krenula u razvijanje kvalitetnijeg testa.

Foto arhiva Rozi Andretić

Za novu metodu, nazvanu Fly Bong, najzaslužnija je sada već bivša doktorandica Ana Filošević kojoj je to ujedno bio i dio doktorskog rada, a razvoj testa opisan je u članku »High Throughput Measurement of Locomotor Sensitization to Volatilized Cocaine in Drosophila melanogaster« koji je prošlog tjedna objavljen u utjecajnom časopisu Frontiers in Molecular Neuroscience. Jednom kad je test bio razvijen, tim se mogao fokusirati na proučavanje utjecaja kokaina i metafetamina na svoje leteće ispitanike. Konkretnije, pomoću nove metode mogli su učinkovitije ispitati kako mijenjanje kemijske ravnoteže u mozgu ili mijenjanje aktivnosti gena utječe na uobičajeno ponašanje izazvano psihostimulansima.

– Dizajnirali smo dio sustava gdje se kokain ili metafetamin rasprušuju u aerosol i onda se to sistemom cijevi i pomoću pumpe upuhuje pojedinačnim mušicama koje se nalaze u maloj staklenoj tubi. Sve se to pak nalazi u posebnom aparatu, koji je od ranije komercijalno dostupan, a koji mjeri količinu kretanja mušice pomoću infracrvene zrake.

Na ovaj način možemo izložiti mušice točno određenoj količini psihostimulansa, u točno određenom vremenskom intervalu i onda mjerimo promjenu u količini kretanja nakon izlaganja i prije njega. Osim objektivnosti, imamo i visoku protočnost – u jedan aparat stanu 32 mušice, svaka u svojoj cjevčici. Trenutno imamo šest tih sustava, dakle možemo pratiti 200 mušica odjednom, pojašnjava Rozi. Tim na ovaj način može testirati mušice s raznim genskim mutacijama i tražiti koja od njih reagira drugačije od ostalih mušica, što bi značilo da je upravo taj određeni gen povezan s tom određenom reakcijom na drogu.

Osim što se razvila nova metoda, tijekom projekta koji je u sklopu financiranja Hrvatske zaklade za znanost trajao posljednje tri godine, tim je došao i do nekih zanimljivih rezultata koji »zovu« na daljnje razjašnjavanje.

– Između ostalog pokazali smo da mijenjanjem oksidacijske ravnoteže u stanici narušavamo ponašanje koje je izazvano kokainom. Konzumacija psihostimulansa povećava oksidaciju, a kada smo mušice hranili s antioksidansima ili prooksidansima to je promijenilo ponašanje izazvano drogama. To pak znači da bi jedan od budućih smjerova istraživanja mogao biti povezanost cirkadijurnih gena s oksidacijskim statusom stanice, najavila je Andretić Waldovski.

Mušice vole droge

Jedan od testova koji je tim Rozi Andretić Waldovski razvio u posljednje tri godine proizašao je i iz njene prvotne edukacije psihologa zbog koje su i fokusu njenog interesa i sama ponašanja.

– Drugim testom koji smo napravili htjeli smo vidjeti da li mušice »vole« psihostimulanse. U tubici smo imali šest mušica a na vrhu tube je bio izvor hrane podijeljen u četiri tanke kapilare. U dvije kapilare nalazila se šećerna otopina, a u druge dvije šećerna otopina s dodatkom kokaina i metafetamina. Važno je reći da su to kemijske supstance koje su inherentno gorke, a sve što je gorko bi mušicama trebalo biti odbojno, zato što to evolucijski poistovjećuju s otrovima. Mi bi dakle svaki dan izmjerili količinu otopine koja je konzumirana i na osnovu toga smo pokazali da već od prvog dana mušice jedu više iz kapilara u kojima se nalazi kokain. Naša je interpretacija da droga djeluje na motivacijske centre u mozgu koji motiviraju mušicu da se vraća drogi. Dopamin sigurno igra znatnu ulogu jer smo testirali mutante koji imaju smanjenu količinu dopamina u mozgu, što onda utječe na to ponašanje, pojasnila nam je Rozi rezultate koji će uskoro biti publicirani u zasebnom radu. Tim je pokazao i da u ovisničkom ponašanju važnu ulogu ima i učenje i pamćenje, obzirom da su mušice odmah zapamtile u kojim se kapilarama nalazi droga. Ovi rezultati pokazuju da se na mušici mogu ispitivati složena ponašanja, a potencijalna otkrića važna su za razumijevanje gentike u podlozi ponašanja sisavaca.

Sve stanice u tijelu, naime, metaboliziraju, odnosno koriste energiju, pri čemu dolazi do oksidacijskih reakcija. Zasad tek rijetka istraživanja, pojašnjava ona dalje, ukazuju da ti metabolički nus-proizvodi u stanici utječu na ponašanje izazvano drogama, odnosno da promjene oksidacijskog statusa stanice utječu na funkcioniranje mozga općenito.

Što prehrana ima s tim? 

– To je potpuno novo područje o kojem se malo zna. Zna se da cirkadijurni geni reguliraju vremensku komponentu metabolizma i okidacijskog statusa. Cirkadijurni sat određuje da smo tijekom dana aktivni, hranimo se, a tijekom noći se ta energija metabolizira, razgrađuje, pohranjuje, popravlja se DNA na kojoj je tijekom dana moglo doći do oštećenja. Posljedica toga je da oksidacijske reakcije variraju tijekom dana i noći, a to reguliraju cirkadijurni geni. Ali se ne zna da li su te rekacije povezane preko cirkadijurnih gena s odgovorom na drogu. I to je ono što mene intrigira i što želim dalje istraživati, kaže nam Rozi.

Saznanja na ovom području, tvrdi ona, mogla bi imati zanimljive primjene. Mediteranska dijeta, primjerice, popularna je jer je bogata antioksidantima koji pozitivno utječu na zdravlje. No ako mijenjanje oksidacijske ravnoteže u stanici utječe i na to kako mozak reagira na droge, to bi potencijalno značilo da bi važan aspekt u terapiji ovisnosti u budućnosti mogla biti upravo prehrana.

– To ne bi dovelo do nekog univerzalnog lijeka, ali može dati neke indikacije važne ili za terapiju ili za prevenciju. To bi primjerice moglo značiti da su osobe koje se hrane na određeni način manje sklone ovisnosti, pojašnjava naša sugovornica koja je u tom kontekstu upravo predložila novi projekt na kojem bi pored hrvatskih trebalo sudjelovati i nekoliko stranih stručnjaka. Poveznica između mijenjanja oksidacijske ravnoteže i reakcije na droge možda bi, tvrdi ona, mogla dati i odgovor zbog čega su cirkadijurni geni povezani s ovisničkim ponašanjem. Jedan od planova je, primjerice, selektivnim križanjem napraviti sojeve mušica koje su više ili manje osjetljive na kokain, te uspoređivati i identificirati razliku u genskoj ekspresiji.

Novi list pratite putem aplikacija za Android, iPhone/iPad ili Windows Phone.

HNK Rijeka