The immune systems response to environmental stressors in Drosophila melanogaster

Abstract

Drosophila melanogaster, more commonly known as fruit fly, is a widely used model organism in biomedical research. Many of the immunological genes are conserved between flies and humans. In other words, the immune systems of these species share some similar mechanisms and structures. The part of the reason why flies are so suitable in research is that they reproduce quite quickly and are easy to maintain. Fruit flies do not have an adaptive immune system and therefore relay only on the innate immunity. Therefore, fruit flies are suitable for the study of the innate immunity. For the ethical standpoint, it is commonly thought to be more ethical to use neurophysiologically less developed model animals such as insects compared to more complex animals such as mammals.

The purpose of this study is to find out how environmental stressors affect the expression of Drosophila melanogaster innate immunity. It is known that some environmental conditions have an impact on gene expression. We studied D. melanogaster in different temperature conditions. The effect of salt exposure and starvation was studied as well. The studied genes are IBIN and IBIN-like, which are shown to be highly induced by infection. These genes are expected to code peptides. In this study we use two different fly lines.

After the flies were exposed to the studied environmental conditions their RNA was extracted and gene expression was measured by using quantitative polymerase chain reaction. Results show that the temperature upregulates the expression of the IBIN gene in most of the studied groups. Salt in the food of the flies on the other hand downregulates the IBIN gene expression. Findings are not statistically significant in most cases but still help us understand more about D. melanogaster innate immunity.

Drosophila melanogaster, joka yleisesti tunnetaan banaanikärpäsenä, on laajalti käytetty koe-eläin biolääketieteellisessä tutkimuksessa. Monet immuunijärjestelmän geenit ovat konservoituneet kärpästen ja ihmisten välillä, eli näillä lajeilla on immuunijärjestelmissään samankaltaisia rakenteita ja mekanismeja. Banaanikärpänen on hyvä malliorganismi tutkimukseen myös nopean lisääntymisen ja suhteellisen halvan ylläpidon vuoksi. Banaanikärpäsillä ei ole lainkaan hankittua immuunipuolustusjärjestelmää, vaan niiden puolustusmekanismi perustuu synnynnäiseen immuni teettiin. Näin ollen banaanikärpänen soveltuu hyvin luonnollisen immuniteetin tutkimiseen. Yleisesti ajatellaan myös, että on eettisesti parempi käyttää tutkimuksessa hyönteisiä, joiden hermosto ei ole niin pitkälle kehittynyt, kuin esimerkiksi nisäkkäillä.

Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää banaanikärpäsen immuunijärjestelmän vastetta ympäristön stressitekijöihin. Aiemmin on ollut tiedossa, että ympäristötekijöillä on vaikutusta joidenkin immuunijärjestelmän geenien ilmentymiseen. Tutkimme Drosophila melanogaster lajia. Tutkitut stressitekijät ovat lämpötila, ruoan suolapitoisuus ja syömättömyys. Tutkitut geenit ovat nimeltään IBIN ja IBIN-like, joiden ilmentymistä infektion on tutkittu indusoivan. Näiden geenien oletetaan koodaavan peptideitä. Tässä tutkimuksessa käytimme kahta eri D. melanogaster kärpäslinjaa.

Kun kärpäset oli altistettu tutkituille ympäristöolosuhteille, niiden RNA eristettiin ja geeniekspressio mitattiin kvantitatiivisella polymeraasiketjureaktiolla. Tulosten mukaan lämpötila lisää IBIN geenin ilmentymistä useimmissa tutkimissamme ryhmissä. Ruoan suola taas vaikuttaa IBIN geeniin sen ilmentymistä madaltavasti. Useimmat löydetyistä tuloksista eivät ole tilastollisesti merkitseviä, mutta niiden avulla voimme kuitenkin ymmärtää banaanikärpästen luonnolliseen immuniteettiin vaikuttavia tekijöitä paremmin.