Modell organizmusok

Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2022. július 16-án felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzéshez 1 szerkesztés szükséges .

A modellszervezetek  olyan szervezetek, amelyeket modellként használnak az élő természet bizonyos tulajdonságainak, folyamatainak vagy jelenségeinek tanulmányozására. A modellszervezeteket intenzíven tanulmányozzák, ennek egyik oka az a remény, hogy a vizsgálatuk során felfedezett minták más többé-kevésbé hasonló élőlényekre is jellemzőek lesznek, így az emberre is. Gyakran alkalmaznak modellszervezeteket, amikor a megfelelő humán vizsgálatok technikai vagy etikai okokból nem lehetségesek. A modellszervezetek használata azon a tényen alapszik, hogy minden élő szervezetnek közös a származása, és sok közös vonásuk van az örökletes információk tárolásának és megvalósításának, az anyagcserének stb.

Modell organizmusok kiválasztása

Modell organizmusok válnak, amelyekről már rengeteg tudományos adat halmozódott fel. Általában több laboratórium vagy kutatócsoport foglalkozik speciálisan egy-egy modellszervezettel, és több száztól sok ezerig terjedő cikk jelent meg tanulmányozásának eredményei alapján.

Modellorganizmusnak általában a laboratóriumi körülmények között könnyen karbantartható és szaporodó szervezeteket választanak ( Escherichia coli , Tetrahymena thermophila , Arabidopsis thaliana , Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster , Mus musculus ). További előnyök a rövid generációs idő (gyors generációváltás), a genetikai manipulációk lehetősége ( beltenyésztett vonalak jelenléte , többsejtűek esetében az őssejtek kinyerésének lehetősége, kidolgozott genetikai transzformációs módszerek ).

Az objektum modellként való választásának további oka a filogenetikai fán elfoglalt helye lehet : például a rhesus majom az emberrel való viszonylag szoros kapcsolata miatt az orvosi kutatás fontos modellszervezete (ugyanezért a csimpánz genomja is teljes dekódoláshoz választottuk ).

Végül egyes kutatási területeken egy objektum modellként való megválasztását elsősorban a szerkezetének jellemzői határozzák meg. Így az „ egyszerű idegrendszerek ” tanulmányozásakor az ilyen organizmusokat modellként használják, amelyekben a neuronok azonosíthatók, viszonylag kevés és (lehetőleg) nagy - például Aplysia .

Történelmileg a modellszervezetek (E. coli, élesztő, Drosophila) voltak az elsők a megfelelő organizmuscsoportok között, amelyek genomját teljesen szekvenálták. A jövőben a teljesen szekvenált és dekódolt genom elérhetősége fontos követelmény lett egy szervezet modellként való felhasználásához a biokémiában, a genetikában, a molekuláris biológiában és a legtöbb más területen. Emiatt előfordult, hogy egy élőlény kiválasztását a genom jellemzői határozták meg: például a gömbhal Fugu rubripes -et választották modellként a genom tanulmányozására kis mérete (a nem kódoló szekvenciák alacsony százaléka) miatt. .

A modellszervezet kiválasztásának másik kritériuma a gazdasági jelentősége. Ezért például az Arabidópsis thaliána mellett a rizs Oryza sativa L., a lucerna Medicago truncatula stb. használják mintanövényfajt.

Fontos modellszervezetek és felhasználásaik

Vírusok

Baktériumok

Protisták

Gomba

Növények

Alga Mohák
  • A Fiscomitrella open ( Physcomitrella patens ) zöldmohát egyre gyakrabban használják növényfejlődési és evolúcióbiológiai vizsgálatokban [4] Eddig ez az egyetlen moha, amelynek genomját teljesen szekvenálták; kifejlesztett egy módszert a genetikai transzformációra ehhez a fajhoz
Lycopsoid
  • Selaginella moellendorffii - növényi  evolúció, molekuláris biológia; a genomot (az egyik legrövidebb a magasabb növények között, körülbelül 100 megabázis) 2007-ben szekvenálták [5] .
Virágzás
  • Tal 's lóhere ( Arabidopsis thaliana ), a legnépszerűbb mintanövény, amelyet számos területen használnak; rendkívül rövid életciklusú, kis genomméretű egynyári keresztes virágú efemer (az első növény, amelynek genomját szekvenálták) [6] Számos morfológiai és biokémiai mutációt térképeztek fel és tanulmányoztak . [6] Nagy mennyiségű egyéb információt tartalmazó genetikai adatbázis erről a fajról – TAIR [6]
  • A nyárfa nemzetség ( Populus ) fajai a fás szárú növények genetikai vizsgálatának és termesztésének mintafajai. Kis genommérettel és gyors növekedéssel rendelkeznek, transzformációs technikát fejlesztettek ki. Az észak-amerikai Populus trichocarpa faj teljesen szekvenált genomja
  • A lucerna ( Medicago truncatula ) egy hüvelyes modell, a lucerna ( Medicago sativa ) közeli rokona (molekuláris biológia, agronómia)
  • A csemegekukorica ( Zea mays ) jelentős gabonanövény és klasszikus genetikai mintaszervezet; ez a diploid egyszikű növény 10 pár nagy kromoszómával rendelkezik, amelyek mikroszkóp alatt könnyen tanulmányozhatók, ami megkönnyíti a citogenetikai vizsgálatokat; nagyszámú fenotípusosan kifejeződő mutáció ismert, amelyek génjeit feltérképezték (ennek köszönhető, hogy transzpozonokat fedeztek fel a kukorica vizsgálata során ), és minden keresztezésből nagyszámú leszármazott (genetika, molekuláris biológia, agronómia) , kukoricában fedezték fel először a citoplazmatikus hímsterilitás jelenségét . A kukorica genomját szinte teljesen szekvenálták , a kukorica genomjának genetikai és molekuláris biológiai vizsgálatára külön adatbázis [7] készült.
  • A rizs ( Oryza sativa ) az egyik legfontosabb gabonanövény; a gabonaszemek közül az egyik legkisebb genommal rendelkezik, amely teljesen szekvenált (agronómia, molekuláris biológia)
  • A hagyma ( Allium cepa ) a genotoxikológiai vizsgálatok modellszervezete . Jól tanulmányozott genomja van (2n=16), ezért alkalmas ane-telophase elemzésre . Az Allium cepa teszt eredményei korrelálnak más állati, növényi és mikroorganizmus-tesztekkel, és az emberekre is extrapolálhatók.

Állatok

Cnidaria Worms
  • A Symsagittifera roscoffensis (syn. Convoluta roscoffensis ) álciliáris féreg , a "bélturbellárisok" primitív csoportjának képviselője (ma Acoelomorpha altípus ) - kétoldali szimmetrikus állatok testtervének alakulását tanulmányozza.
  • Triclade Schmidtea mediterranea  — fejlődésbiológia, regeneráció [2] ; a genom részben szekvenálva [3]
  • Fonálféreg Caenorhabditis elegans ( C. elegans ) [9]  - a fejlődés és a fiziológiai folyamatok genetikai szabályozása (az első többsejtű organizmus, amelynek genomját teljesen szekvenálták; jelenleg a nemzetségből származó második faj, a C. briggsae genomját szekvenálták )
Ízeltlábúak
  • A Drosophila ( Drosophila nemzetség ), különösen a gyümölcslégy ( Drosophila melanogaster)  a genetikai kutatások híres tárgya. Könnyen tartható és tenyészthető laboratóriumban, gyors generációváltással és számos mutációval rendelkezik, eltérő fenotípusos expresszióval. A 20. század második felében a fejlődésbiológia egyik fő tárgya. A genomot teljesen szekvenálták. Az utóbbi időben neurofarmakológiai kutatásokra használták [10] .
Kagyló
  • Aplysia Aplysia californica , hátsó kopoltyú puhatestű  - neurobiológia, memória molekuláris mechanizmusai, citoszkeleton átrendeződések.
  • A tintahal Loligo pealei , egy klasszikus tárgy az idegsejtek és citoszkeletonjuk működésének tanulmányozására ( akár 1 mm átmérőjű óriási axonokkal rendelkezik)
Tüskésbőrűek Chordates
  • Ascidia Ciona intestinalis  - embriológia, a chordate genom evolúciója
  • Gnuszok (Torpedo) - orvosbiológiai kutatásokban használják.
  • Közönséges macskacápa ( Scyliorhinus canicula)  - a gyomor-bélrendszer összehasonlító elemzésében használják .
  • A fugu ( Takifugu rubripes ) a Tetraodontidae családba tartozó hal  , amelynek kompakt genomja kevés nem kódoló szekvenciával rendelkezik. A genomot szekvenálták.
  • Csíkos zebrahal ( Danio rerio ), szinte átlátszó édesvízi hal a fejlődés korai szakaszában; a fejlődésbiológia, a vízi toxikológia és a toxikopatológia fontos tárgya [11] . A genomot szekvenálták.
  • Az afrikai karmos béka ( Xenopus laevis ) a fejlődésbiológia egyik fő tárgya; petesejteket is használnak a génexpresszió tanulmányozására. A genomot szekvenálták.
  • A csirke ( Gallus gallus domesticus ) a magzatvíz-embriológia modellobjektuma , az ókortól napjainkig használták, a memória és a tanulás mechanizmusait csirkéken tanulmányozzák.
  • A zebrapintyek ( Taeniopygia guttata ) a takácsok egyik fajtája, a viselkedés- és tanulási mechanizmusok genetikájának vizsgálati tárgya.
  • A házi egér ( Mus musculus ) a fő mintaállat az emlősök között. Sok beltenyésztett tiszta vonalat sikerült előállítani , beleértve azokat is, amelyeket az orvostudomány számára érdekes tulajdonságok alapján választottak ki. etológia stb. (elhízásra való hajlam, megnövekedett és csökkent intelligencia, alkoholfogyasztási hajlam, eltérő várható élettartam stb.). A genomot teljesen szekvenálták. Módszereket fejlesztettek ki transzgenikus egerek őssejtek felhasználásával történő előállítására. További érdekesség a populációgenetika és a speciációs folyamatok vizsgálatának tárgya, mivel összetett intraspecifikus szerkezettel rendelkezik (sok alfaj különbözik a kariotípusú kromoszómafajokban ).
  • A szürke patkány ( Rattus norvegicus ) a toxikológia, idegtudomány és élettan fontos modellje; Az egérrel együtt a molekuláris genetikában és a genomikában is használják. A genomot teljesen szekvenálták.
  • Házimacska ( Felis domesticus ) – agyfiziológiai kutatásokban használják, a majmokhoz képest olcsóbb a fenntartása .
  • Rhesus majom ( Macaca mulatta ) - orvosi kutatás (beleértve a fertőző betegségek tanulmányozását), etológia, idegtudomány
  • A csimpánzok (két faj, a közönséges csimpánz ( Pan troglodytes ) és a törpe csimpánz ( Pan paniscus ) az ember legközelebbi élő rokonai. Ma elsősorban az állatok összetett viselkedésének és kognitív tevékenységeinek tanulmányozására használják. A Pan troglodytes genomját szekvenálták .
  • Különféle corvidok ( Corvidae ) - etológia, összetett viselkedések. A Corvus brachyrhynchus genomját szekvenálták.
  • A Homo sapiens genomja teljesen szekvenált. Tágabb értelemben nem modellszervezet. Egy személy számára ismert az örökletes betegségek legteljesebb listája. A neurofiziológiai kutatás fontosságát az érzések közlésének és a kísérletező utasításainak követésének képessége határozza meg.

Egyéb modellszervezetek

Nyilvánvaló, hogy a fenti listán szereplő organizmusok nem egyforma jelentőségűek, és maga a lista könnyen bővíthető elsősorban a szűkebb kutatási területeken modellként használt organizmusokkal. Például a Cepaea nemoralis szárazföldi csiga  a populációökológia és -genetika tanulmányozásának klasszikus tárgya, beleértve a természetes szelekció populációkra gyakorolt ​​hatását ; a Hirudo medicalis orvosi pióca a mozgások  vizsgálatának egyik modellobjektuma a neurobiológiában stb.

Egyéb modellobjektumok a biológiában

Az organizmusok mellett modellobjektumként más szerveződési szintű biológiai rendszerek is szolgálhatnak - molekulák, sejtek és részeik (például az óriás tintahal axonja), sejtvonalak (például a HeLa emberi sejtvonal), szervek ( például a gerinctelenek listáján említett tízlábúak stomatogasztrikus ganglionja).rákok), populációk és ökoszisztémák.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ Davis, Rowland H. Neurospora : egy modellszervezet hozzájárulásai  . - Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press , 2000. - ISBN 0-19-512236-4 .
  2. ↑ Chlamydomonas reinhardtii források a Joint Genome Institute-ban (hivatkozás nem érhető el) . Letöltve: 2009. augusztus 26. Az eredetiből archiválva : 2008. július 23. 
  3. ↑ Chlamydomonas genom szekvenálva Archiválva : 2008. március 15., a Wayback Machine , publikálva: Science , 2007. október 12 .
  4. ↑ Rensing SA, Lang D., Zimmer AD, et al. A Physcomitrella genom evolúciós betekintést tár fel a földek növények általi meghódításába  //  Science : Journal. - 2008. - január ( 319. évf. , 5859. sz.). - P. 64-9 . - doi : 10.1126/tudomány.1150646 . — PMID 18079367 .
  5. ↑ Selaginella moellendorffii v1.0 , DOE Joint Genomics Institute, 2007 , < http://genome.jgi-psf.org/Selmo1/Selmo1.home.html > . Letöltve: 2011. május 17. Archiválva : 2011. április 24. a Wayback Machine -nél 
  6. ↑ 1 2 3 Az Arabidopsis-ról az Arabidopsis információs forrásoldalon ( archiválva : 2019. november 12. a Wayback Machine TAIR -nél )
  7. ↑ MaizeGDB.org Kukorica genom vizsgálati adatbázis . Letöltve: 2010. február 21. Az eredetiből archiválva : 2010. február 10..
  8. ↑ Putnam NH, Srivastava M., Hellsten U., Dirks B., Chapman J et al. A tengeri kökörcsin genom felfedi az ősi eumetazoan génrepertoárt és a genomiális szervezetet   // Tudomány . - 2007. - Vol. 317 . - 86-94 . o . — PMID 17615350 .
  9. ↑ Riddle, Donald L. C. elegans II  (neopr.) . – Plainview, NY: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1997. - ISBN 0-87969-532-3 .
  10. ↑ Manev H., Dimitrijevic N., Dzitoyeva S. Techniques: gyümölcslegyek mint modellek neurofarmakológiai kutatásokhoz  (neopr.)  // Trends Pharmacol Sci .. - 2003. - V. 24 , No. 1 . - S. 41-3 . - doi : 10.1016/S0165-6147(02)00004-4 .
  11. ↑ Spitsbergen JM, Kent ML A zebrahal modell legkorszerűbb toxikológiai és toxikológiai patológiai kutatása – előnyei és jelenlegi korlátai  //  Toxicol Pathol : folyóirat. - 2003. - 1. évf. 31 , sz. Suppl . - 62-87 . o . - doi : 10.1080/01926230390174959 . — PMID 12597434 . Archiválva az eredetiből 2012. július 16-án. Archivált másolat (nem elérhető link) . Letöltve: 2009. augusztus 26. Az eredetiből archiválva : 2012. július 16.. 

Linkek

  • [4] GMOD, Genetic Model Organism Database
 Modellszervezetek a biológiai kutatásban