Fruitvliegen met overgewicht

Hoe overleeft een fruitvlieg een hongerperiode? Dik-zijn helpt, maar het is niet het enige. Promovendus Egon Baldal ontdekte dat prenatale omstandigheden en genetische aanleg ook een belangrijke rol spelen. Hij promoveert op donderdag 23 november.

Volle tank
Egon Baldal: 'Het idee dat je met meer reserves langer meegaat is op zich zo gek nog niet: op een volle tank rijdt een auto nu eenmaal langer dan op een halfvolle. Dat geldt in principe ook voor de hoeveelheid vet die in een lichaam aanwezig is. Hoe meer vet je hebt, hoe beter je een eventuele hongerperiode kunt doorstaan. Maar het is geen één-op-één-relatie. De fruitvliegen die een hongerperiode het beste overleven, zijn niet altijd de dikste.' Baldal deed verschillende experimenten met fruitvliegen (Drosophila) om uit te zoeken hoe hongerresistentie en vetvoorraad zich tot elkaar verhouden. De fruitvlieg leent zich bijzonder goed voor dit soort onderzoek omdat er van dit beestje al zoveel bekend is, zowel van de genen als van de invloed van omgevingsfactoren. Een fruitvlieg komt in een dag of tien tot ontwikkeling. Je kunt dus in relatief korte tijd vele generaties fruitvliegen opkweken, en dat maakt het mogelijk om te veredelen en populaties met  bepaalde eigenschappen op te kweken.

Drosophila melanogaster (met de pootjes omhoog)

Fruitvliegenvoedsel
Je kunt fruitvliegen met dezelfde genen vergelijken onder verschillende omstandigheden om te zien wat het effect van de omgeving is. Je kunt ook fruitvliegen met verschillende genen blootstellen aan dezelfde omstandigheden. De meeste studies doen een van beide. Baldal combineerde beide benaderingen. Hij gebruikte drie soorten fruitvliegen om voldoende genetische variatie aan te brengen: de Drosophila ananassae, de Drosophila melanogaster en de Drosophila willistoni. Deze drie soorten werden blootgesteld aan drie verschillende voedselomstandigheden: weinig, standaard en extra veel voedsel. Fruitvliegen leven - de naam zegt het al - van fruit. Maar echt fruit is in het laboratorium niet goed bruikbaar, omdat, aldus Baldal 'de ene banaan meer suikers en andere stoffen bevat dan de andere'. Daarom gebruikte hij agar-agar, een maizena-achtige substantie waarin precies afgepaste hoeveelheden suiker en gist in kunnen worden opgelost.

Eitjes

Drosophila-eitjes

Van elk van de drie Drosophila-soorten deed Baldal eitjes in verschillende concentraties in drie glazen buisjes met verschillende hoeveelheden voedsel: in het eerste buisje zaten 15 eitjes, in het tweede 80 en in het derde 150. Van de fruitvliegen die zich ontwikkelden uit deze negen buisjes stelde hij vervolgens vast hoe lang ze leefden, hoe goed ze tegen honger konden en hoeveel vet ze in hun lichaam hadden opgeslagen (uitgedrukt als percentage van  hun lichaamsgewicht). De conclusie luidde dat met hoe meer larven ze tegelijkertijd in een buisje hadden gezeten, hoe korter de levensduur werd. Ook werden de beestjes er kleiner van. Het relatieve vetpercentage, de hoeveelheid vet per individu, ging echter wel omhoog. Een hoge bevolkingsdichtheid in het larvenstadium levert blijkbaar kleine, vette vliegjes op, die kort leven. Dat het relatieve vetpercentage omhoog ging betekent dat er per cel meer vet beschikbaar was. Je zou denken dat dit positief uitwerkt op de hongerresistentie: hoe meer je te verbranden hebt, hoe langer je het vol kunt houden. Toch was dat niet zo. Integendeel: de vette beestjes waren juist minder hongerresistent dan hun magerder soortgenoten uit de minder drukbevolkte buisjes. Het hebben van grotere vetreserves maakt dus niet zonder meer beter bestand tegen honger. Wel is het zo dat vetreserves onmisbaar zijn om hongerresistent te zijn. Baldal: 'Dat is wat lastig uit te leggen. Als je vet hebt, ben je niet per se resistent, maar als je geen vet hebt ben je sowieso niet resistent. Dit betekent dat vet een voorwaarde is, maar geen oorzaak van hongerresisentie.'

Fruitvliegen met suikerziekte?
Eind jaren tachtig lanceerde Barker zijn hypothese dat mensen die in de baarmoeder ondervoed waren geweest een groter risico lopen op stofwisselingsziekten zoals vetzucht of ouderdomssuiker (diabetes type II). Baldal toetste de Barkerhypothese op zijn fruitvliegen door aan drie verschillende buisjes met 80 fruitvliegen-eitjes verschillende hoeveelheden voeding toe te voegen: een standaardhoeveelheid, een halve hoeveelheid en een dubbele hoeveelheid. Het bleek dat de eitjes die het moesten stellen met de halve hoeveelheid er langer deden over om zich te ontwikkelen, kleiner waren en dat er minder vliegen uitkwamen. Prenatale omstandigheden blijken dus ook bij fruitvliegen effect te hebben op de ontwikkeling. Of deze effecten ook, net als bij de mensen volgens de Barkerhypothese, veroorzaakt worden door stofwisselingsziekten, is niet bekend. We weten dus nog niet of fruitvliegen ook aan vetzucht of diabetes kunnen lijden. Baldal onderzocht overigens ook wat er gebeurde met buisjes waar de dubbele hoeveelheid voedsel aan werd toegevoegd. De eitjes die hierin zaten verschilden nauwelijks van de eitjes in een standaardhoeveelheid voeding.

De fruitvlieg: 13500 genen
Voor een ander experiment kweekte Baldal vier groepen fruitvliegen die allemaal zeer hongerresistent waren. Hij deed zowel deze hongerresistenten als enkele controlegroepen die niet geselecteerd waren op hongerresistentie in buisjes met een normale hoeveelheid voedsel. Het opmerkelijke resultaat van dit experiment was dat van de vier hongerresistente groepen er maar twee heel lang leefden, terwijl de andere groepen niet langer leefden. De langlevenden vertoonden ook een toename in andere eigenschappen. Frappant was dat in de beide langlevende groepen wél het vetgehalte was toegenomen. Hieruit blijkt wederom dat voor een goede resistentie tegen honger een vetreserve weliswaar noodzakelijk is, maar dat vet alléén niet voldoende is. Er zijn blijkbaar nog andere factoren dan alleen het vetpercentage verantwoordelijk voor een lange levensduur: genen.

Microarray expressieanalyse
Maar welke genen? Om dat te achterhalen analyseerde Baldal de werking van de genen bij zijn fruitvliegen met behulp van microarray expressieanalyse. De werking van een gen wordt beïnvloed door een mechanisme vergelijkbaar met een thermostaat. Staat de thermostaat op 20 graden, dan is het gen actiever dan wanneer deze op 15 staat. Bij microarray expressieanalyse kijk je naar de afstelling van ieder afzonderlijk gen-thermostaatje. Zo kun je vaststellen hoe actief ieder gen is. De fruitvlieg heeft ca. 13500 genen. Sommige daarvan zijn verantwoordelijk voor meerdere processen of 'genproducten'. De analyse werd uitgevoerd op een totaal van 18952 verschillende genproducten. Hieruit kwamen veel genen naar boven die gemakkelijk aan het verhongerings-, maar ook aan het verouderingsproces konden worden gekoppeld: insulinegenen, vetgerelateerde genen, stress-gerelateerde en reproductie-gerelateerde genen. Baldal: 'Wat die laatste soort genen betreft: hier komt een al langer bekende vijand van een lang leven om de hoek kijken. Want over het algemeen geldt: hoe ijveriger een organisme zich voortplant, hoe korter het leeft en vice versa.'

Egon Baldal, Targeting environmental and genetic aspects affecting life history traits.
ISBN-13: 978-90-9021112-1

(21 november 2006/DH)