De een kan de hele nacht doorslapen, terwijl de ander om de haverklap wakker wordt. In sommige gevallen heeft dat een genetische oorzaak, zo blijkt uit nieuw onderzoek. Uitgevoerd niet bij mens of muis, maar… bij fruitvliegjes.
Als je denkt aan slaaponderzoek, dan zie je waarschijnlijk een zaal vol bedden en monitoren voor je. Of misschien wel een laboratorium met muizen, waarvan hun hersenen met draden vastzitten aan allerlei knipperende meetinstrumenten. Hoewel dat onderzoek óók gedaan wordt, zijn het niet de enige proefopstellingen waarmee je dieper ons onderbewuste in kan duiken. Zo doen ze in het Radboudumc in Nijmegen slaaponderzoek in het fruitvliegjeslaboratorium. Een kleine ruimte, gevuld met kasten vol glazen buisjes, potjes en flesjes met vliegen.
Projectleider op dit bijzondere slaaplab is PhD’er Mireia Coll-Tané. Ze werkt hier dagelijks met fruitvliegjes - of Drosophila melanogaster, zoals het vliegje officieel heet. Ze geeft een korte rondleiding door de paar vierkante meters die de verschillende ruimtes bij elkaar beslaan. Zo is er een soort voorraadkast waar vliegen met alle mogelijke genetische variaties worden bewaard en staan in een andere kamer warmtekasten met afbeeldingen van Doornroosje en slapende dwergen erop. En dan heb je het lab zelf, waar de onderzoeken worden gedaan en voorbereid.
Ter demonstratie pakt Coll-Tané een potje met vliegen uit een van de kasten, waar ze als kruidenpotjes bij elkaar staan. Ze pakt een soort naald aan een tube waar CO2 uit komt en duwt die langs het sponsje dat de glazen pot met vliegen afdicht. Binnen een paar tellen vliegt geen enkel vliegje meer, maar liggen ze allemaal met de pootjes omhoog. De onderzoekster haalt de deksel eraf, en strooit de dieren op een kussentje onder de microscoop. Uit kleine gaatjes in het kussentje stroomt ook CO2. “Zo kunnen we ze goed bekijken, en sorteren voor onze onderzoeken.” Zo ook bij het slaaponderzoek, waar ieder vliegje in een ander buisje terecht moet komen.
De fruitvlieg als proefdier
Het lijkt misschien een vreemde keuze om onderzoek te doen naar zo’n ontzettend klein beestje, maar in de wetenschap is de fruitvlieg best een populair proefdier, vertelt Coll-Tané. “We delen 75% van onze genen, ze zijn goedkoop en ze planten zich snel voort.” Omdat ze zo klein zijn en maar kort leven, zijn experimenten bovendien aan minder strenge regels gebonden. En in dit geval belangrijker: hun slaapritme lijkt best wel op dat van de mens.
Ze slapen net als wij voornamelijk ‘s nachts en kennen ook verschillende slaapstadia zoals lichte en diepe slaap, aldus Coll-Tané. “Verder weten we dat ook voor hen slaap een belangrijke rol speelt bij hogere cognitieve processen zoals dingen leren of herinneren.” Toen de onderzoekster wilde weten of er ook genetische oorzaken kunnen zijn voor slapeloosheid, was de keuze voor dit proefdier daarom snel gemaakt.
Mireia Coll-Tané met een potje fruitvliegen in het fruitvliegjeslaboratorium.
RadboudumcZe doet specifiek onderzoek naar het FOXP1-syndroom. Kinderen met dit syndroom hebben vaak een ontwikkelingsachterstand, vooral op het gebied van het leer- en denkvermogen, taal en spraak. Daarnaast worden ze vaak en vroeg wakker, en lukt het hen niet meer om terug in slaap te vallen. Omdat de ziekte in Nederland pas bij vijftig mensen is vastgesteld, is het lastig hard te maken of het syndroom en de slaapproblemen écht bij elkaar horen. “Door dezelfde mutatie die deze kinderen met slaapproblemen hebben, in de genen van de vliegen aan te passen, zou je dat - als slaap en de mutatie echt verbonden zijn - in het slaappatroon van de vliegen moeten kunnen zien.“
Wanneer slaapt een vlieg?
Omdat je zulke kleine dieren moeilijk aan een EEG kan koppelen, moeten de onderzoekers creatief zijn. Ze stoppen de gemuteerde vliegen per stuk in een klein glazen buisje, met aan de ene kant wat te eten, en aan de andere kant een wattenpropje. Zo kunnen ze er niet uit. “Als de vlieg wakker is, kan die niet veel meer doen dan eten en lopen”, laat Coll-Tané zien, “en dat is precies de bedoeling”.
In het midden van de buis schijnt namelijk een infraroodstraal die het merkt als er een vlieg doorheen loopt. Gebeurt dat meer dan vijf minuten niet? Dan slaapt ‘ie. Is het een half uur geleden? Dan is het vliegje in een diepe slaap. ‘s Nachts zou je verwachten dat ze minstens anderhalf uur achter elkaar kunnen slapen. Dat is de duur van hun slaapcyclus. Maar de FOXP1-mutanten werden steeds na een uurtje al wakker.
“In de nacht zie je ze ineens veel meer bewegen”, vertelt de onderzoekster. “Ze voelen wel dat ze meer moeten slapen, en ze proberen ook wel weer in slaap te vallen, maar dat lukt duidelijk niet goed.” In totaal slapen ze dus veel minder, en dat kan serieuze gevolgen hebben, vertelt Coll-Tané. “Bij mensen zie je bijvoorbeeld dat weinig slaap leidt tot geheugenproblemen en moeite met leren. Ook de FOXP1-mutante vliegen vertonen die cognitieve problemen.”
De fruitvliegjes zitten in een glazen buisje waar een infraroodstraal doorheen schijnt. Zo registreren de onderzoekers of de vlieg rondwandelt, eet of slaapt.
Myrte Nowee voor NEMO KennislinkDe vlieg met geheugenproblemen
Dat klinkt apart. Want hoe weet je nu of een vlieg geheugen- of leerproblemen heeft? Ze lacht en snapt de vraag. “Daar bestaan verschillende testen voor. Eén daarvan is de ‘courtship conditioning’”, legt Coll-Tané uit. “De mannetjes van de fruitvliegjes doen normaal een soort dans om de vrouwtjes te verleiden. Daarvoor trillen ze zó met hun vleugels dat je het kan horen als een soort liedje - of serenade.” Is een vrouwtje in de stemming? Dan zal ze andere feromonen uitscheiden dan wanneer ze het mannetje zal afwijzen.
Door maagdelijke mannetjesvliegen - die dus nog niet de geuren van succes of afwijzing kennen - samen te zetten bij vrouwtjes die net de liefde hebben bedreven, kun je vervolgens kijken hoe snel de mannetjes leren dat een bepaalde geur bij een afwijzing hoort. “Mannetjes die het maar blíjven proberen of het na een afwijzing de volgende keer nét zo enthousiast proberen hebben dus duidelijk een afwijking in hun leervermogen en geheugen.”
Hiermee test je klassiek leergedrag, maar er zijn meer vormen van leergedrag, vertelt Coll-Tané. Zo is je brein bijvoorbeeld in staat om te leren om geen aandacht aan oninteressante zaken te schenken. “Het feit dat je je kleren op je huid voelt bijvoorbeeld. Je zenuwcellen geven dat signaal wel door, maar je brein beslist dat dat niet belangrijk is.” Ook dat is een vaardigheid die je opbouwt en kun je weer op een andere manier testen. ”Mensen met het FOXP1-syndroom hebben beiden problemen.”
Of de leer- en geheugenproblemen bij de kinderen met het FOXP1-syndroom te wijten zijn aan het slaapgebrek dat bij het syndroom hoort, of een losstaand effect is van de mutatie, is niet met zekerheid te zeggen. Ook biedt de vondst geen magische oplossing voor alle slapelozen in Nederland. Er zijn immers veel meer genen betrokken bij slaap dan FOXP1. Toch geeft de ontdekking wel veel nieuwe inzichten, vertelt Coll-Tané. “We weten nu bijvoorbeeld dat genetica de oorzaak kan zijn van slaapproblemen, én dat de fruitvlieg handig is om dat te onderzoeken.”