Modelové organismy

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 16. července 2022; ověření vyžaduje 1 úpravu .

Modelové organismy  jsou organismy používané jako modely pro studium určitých vlastností, procesů nebo jevů živé přírody. Modelové organismy jsou intenzivně studovány a jedním z důvodů je naděje, že vzory objevené při jejich studiu budou charakteristické i pro další více či méně podobné organismy, včetně člověka. Modelové organismy se často používají, když z technických nebo etických důvodů nejsou možné vhodné studie na lidech. Použití modelových organismů je založeno na skutečnosti, že všechny živé organismy mají společný původ a zachovávají si mnoho společného v mechanismech ukládání a implementace dědičné informace, metabolismu atd.

Volba modelových organismů

Stávají se modelovými organismy, pro které se již nashromáždilo mnoho vědeckých dat. Obvykle se několik laboratoří nebo výzkumných skupin speciálně zabývá modelovým organismem a na základě výsledků jeho studia bylo publikováno několik stovek až mnoha tisíc článků.

Jako modelové organismy se obvykle volí organismy nenáročné na údržbu a chov v laboratorních podmínkách ( Escherichia coli , Tetrahymena thermophila , Arabidopsis thaliana , Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster , Mus musculus ). Dalšími výhodami jsou krátká generační doba (rychlá generační změna), možnost genetických manipulací (přítomnost inbredních linií , v případě mnohobuněčných možnost získání kmenových buněk, vyvinuté metody genetické transformace ).

Dalšími důvody pro výběr tohoto objektu jako modelu může být jeho pozice na fylogenetickém stromě : například opice rhesus je důležitým modelovým organismem pro lékařský výzkum díky své relativně blízké příbuznosti s lidmi (ze stejného důvodu byl genom šimpanze vybráno pro úplné dekódování ).

Konečně, pro některé oblasti výzkumu je výběr objektu jako modelu určen především vlastnostmi jeho struktury. Při studiu „ jednoduchých nervových systémů “ se tedy takové organismy používají jako modely, ve kterých jsou neurony identifikovatelné, relativně málo a (nejlépe) velké – například Aplysia .

Modelové organismy (E. coli, kvasinky, Drosophila) byly historicky prvními mezi odpovídajícími skupinami organismů, jejichž genom byl kompletně sekvenován. V budoucnu se dostupnost plně sekvenovaného a dekódovaného genomu stala důležitým požadavkem pro použití organismu jako modelu v biochemii, genetice, molekulární biologii a většině dalších oborů. Z tohoto důvodu byl někdy výběr organismu určován vlastnostmi jeho genomu: jako model pro studium genomu byla například kvůli své malé velikosti (nízké procento nekódujících sekvencí) vybrána puffer ryba Fugu rubripes . .

Dalším kritériem pro výběr modelového organismu je jeho ekonomický význam. Proto se jako modelové druhy rostlin kromě Arabidópsis thaliána používá např . rýže Oryza sativa L., vojtěška Medicago truncatula aj . .

Důležité modelové organismy a jejich použití

Viry

Bakterie

Protistové

Houby

Rostliny

Řasy Mechy
  • Zelený mech Fiscomitrella open ( Physcomitrella patens ) je stále více využíván ve vývoji rostlin a studiích evoluční biologie [4] Zatím je jediným mechorostem, jehož genom byl kompletně sekvenován; vyvinul metodu genetické transformace pro tento druh
Lykopsoid
  • Selaginella moellendorffii - evoluce rostlin  , molekulární biologie; genom (jeden z nejkratších mezi vyššími rostlinami, asi 100 megabází) byl sekvenován v roce 2007 [5] .
Kvetoucí
  • Talův jetel ( Arabidopsis thaliana ), nejoblíbenější modelová rostlina používaná v mnoha oblastech; roční brukvovitý efemér s extrémně krátkým životním cyklem a malou velikostí genomu (první rostlina, jejíž genom byl sekvenován) [6] Bylo zmapováno a studováno mnoho morfologických a biochemických mutací [6] Genetická databáze obsahující velké množství dalších informací o tomto druhu — TAIR [6]
  • Druhy rodu topol ( Populus ) jsou modelovými druhy pro studium genetiky a pěstování dřevin. Mají malou velikost genomu a rychlý růst, byla vyvinuta transformační technika. Kompletně sekvenovaný genom severoamerického druhu Populus trichocarpa
  • Vojtěška truncatula ( Medicago truncatula ) je modelová luštěnina, blízká příbuzná vojtěšky ( Medicago sativa ) (molekulární biologie, agronomie)
  • Kukuřice cukrová ( Zea mays ) je hlavní obilná plodina a klasický genetický model organismu; tato diploidní jednoděložná rostlina má 10 párů velkých chromozomů, které lze snadno studovat pod mikroskopem, což usnadňuje cytogenetické studie; je známo velké množství fenotypově exprimovaných mutací, jejichž geny jsou zmapovány (právě díky tomu byly při studiu kukuřice objeveny transpozony ), a velké množství potomků z každého křížení (genetika, molekulární biologie, agronomie) V kukuřici byl poprvé objeven fenomén cytoplazmatické samčí sterility . Genom kukuřice byl téměř kompletně sekvenován, existuje speciální databáze [7] věnovaná genetickým a molekulárně biologickým studiím genomu kukuřice.
  • Rýže ( Oryza sativa ) je jednou z nejdůležitějších obilnin; má jeden z nejmenších genomů mezi obilnými zrny, který je plně sekvenovaný (agronomie, molekulární biologie)
  • Cibule ( Allium cepa ) je modelovým organismem v genotoxikologických studiích. Má dobře prostudovaný genom (2n=16) a je proto vhodný pro antelofázovou analýzu . Výsledky testu Allium cepa korelují s jinými testy na zvířatech, rostlinách a mikroorganismech a lze je také extrapolovat na lidi.

Zvířata

Cnidaria
  • Nematostella vectensis , nematostella, je pobřežní sasanka hrabatá z čeledi Edwardsiidae, která se v posledních letech stala hlavním modelovým objektem pro studium molekulární biologie a vývojové biologie cnidarians . V roce 2007 byl genom nematostella kompletně sekvenován [8]
Červi
  • Triclade Schmidtea mediterranea  — vývojová biologie, regenerace [2] ; částečně sekvenovaný genom [3]
  • Hlístice Caenorhabditis elegans ( C. elegans ) [9]  - genetická kontrola vývoje a fyziologických procesů (první mnohobuněčný organismus, jehož genom byl kompletně sekvenován; v současnosti je sekvenován genom druhého druhu z tohoto rodu, C. briggsae ) )
Členovci
  • Drosophila (rod Drosophila ), zejména ovocná muška ( Drosophila melanogaster)  je známým objektem genetického výzkumu. Snadno se chová a množí v laboratoři, má rychlou generační obměnu a mnoho mutací s různou fenotypovou expresí. Ve druhé polovině 20. století jeden z hlavních předmětů vývojové biologie. Genom byl kompletně sekvenován. V poslední době se používá pro neurofarmakologický výzkum [10] .
Korýši Ostnokožci Chordáty
  • Ascidia Ciona intestinalis  - embryologie, evoluce genomu strunatců
  • Gnuses (Torpedo) – používá se v biomedicínském výzkumu.
  • Žralok kočičí ( Scyliorhinus canicula)  - používá se při srovnávací analýze gastrulace .
  • Fugu ( Takifugu rubripes ) je ryba z čeledi Tetraodontidae  , která má kompaktní genom s několika nekódujícími sekvencemi. Genom byl sekvenován.
  • Zebřička pruhovaná ( Danio rerio ), téměř průhledná sladkovodní ryba v raném stádiu vývoje; důležitým objektem vývojové biologie, vodní toxikologie a toxikopatologie [11] . Genom byl sekvenován.
  • Africká žába drápatá ( Xenopus laevis ) je jedním z hlavních předmětů vývojové biologie; oocyty se také používají ke studiu genové exprese. Genom byl sekvenován.
  • Kuře ( Gallus gallus domesticus ) je modelový objekt embryologie plodové vody , využívaný od starověku až po současnost, na kuřatech jsou studovány mechanismy paměti a učení.
  • Zebřičky ( Taeniopygia guttata ) jsou druh snovačů, předmět studia genetiky chování a mechanismů učení.
  • Myš domácí ( Mus musculus ) je hlavním modelovým zvířetem mezi savci. Bylo získáno mnoho inbredních čistých linií , včetně těch, které byly vybrány pro vlastnosti zajímavé pro medicínu. etologie apod. (sklon k obezitě, zvýšená a snížená inteligence, sklon ke konzumaci alkoholu, rozdílná délka života atd.). Genom byl kompletně sekvenován. Byly vyvinuty způsoby pro získání transgenních myší pomocí kmenových buněk. Je to další zájem jako objekt pro studium populační genetiky a speciačních procesů, protože má složitou vnitrodruhovou strukturu (mnoho poddruhů se liší v karyotypových chromozomových rasách ).
  • Krysa šedá ( Rattus norvegicus ) je důležitým modelem pro toxikologii, neurovědu a fyziologii; Spolu s myší se také používá v molekulární genetice a genomice. Genom byl kompletně sekvenován.
  • Kočka domácí ( Felis domesticus ) – používá se při výzkumu fyziologie mozku, její údržba je levnější ve srovnání s opicemi .
  • Opice Rhesus ( Macaca mulatta ) - lékařský výzkum (včetně studia infekčních nemocí), etologie, neurověda
  • Šimpanzi (dva druhy, šimpanz obecný ( Pan troglodytes ) a šimpanz trpasličí ( Pan paniscus ) jsou nejbližšími žijícími příbuznými lidí. Nyní se používají hlavně ke studiu komplexního chování a kognitivních aktivit zvířat. Genom Pan troglodytes byl sekvenován .
  • Různé krkavcovití ( Corvidae ) - etologie, komplexní chování. Genom Corvus brachyrhynchus byl sekvenován.
  • Homo sapiens má plně sekvenovaný genom. V širokém slova smyslu nejde o modelový organismus. Pro člověka je znám nejúplnější seznam dědičných onemocnění. Důležitost pro neurofyziologický výzkum je dána schopností komunikovat své pocity a řídit se pokyny experimentátora.

Jiné modelové organismy

Je zřejmé, že organismy ve výše uvedeném seznamu nejsou stejně důležité a samotný seznam lze snadno rozšířit především o organismy, které se používají jako modely v užších oblastech výzkumu. Například suchozemský plž Cepaea nemoralis  je klasickým předmětem pro studium populační ekologie a genetiky, včetně účinků přirozeného výběru na populace ; pijavice lékařská Hirudo medicinalis  je jedním z modelových objektů pro studium lokomoce v neurobiologii aj.

Další modelové objekty v biologii

Jako modelové objekty mohou kromě organismů sloužit i biologické systémy jiných úrovní organizace - molekuly, buňky a jejich části (například axon olihně obrovské), buněčné linie (například lidská buněčná linie HeLa), orgány ( např. stomatogastrické ganglion desetinožců uvedené v seznamu bezobratlých).raci), populace a ekosystémy.

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Davis, Rowland H. Neurospora : příspěvky modelového organismu  . - Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press , 2000. - ISBN 0-19-512236-4 .
  2. ↑ Zdroje Chlamydomonas reinhardtii ve Společném genomovém institutu (odkaz není k dispozici) . Získáno 26. srpna 2009. Archivováno z originálu dne 23. července 2008. 
  3. ↑ Genom Chlamydomonas sekvenován Archivováno 15. března 2008 na zařízení Wayback Machine publikované v Science, 12. října 2007
  4. ↑ Rensing SA, Lang D., Zimmer AD, et al. Genom Physcomitrella odhaluje evoluční pohledy na dobývání půdy rostlinami  //  Science : journal. - 2008. - Leden ( roč. 319 , č. 5859 ). - S. 64-9 . - doi : 10.1126/science.1150646 . — PMID 18079367 .
  5. ↑ Selaginella moellendorffii v1.0 , DOE Joint Genomics Institute, 2007 , < http://genome.jgi-psf.org/Selmo1/Selmo1.home.html > . Získáno 17. května 2011. Archivováno 24. dubna 2011 na Wayback Machine 
  6. ↑ 1 2 3 O Arabidopsis na stránce The Arabidopsis Information Resource ( Archivováno 12. listopadu 2019 na Wayback Machine TAIR )
  7. ↑ MaizeGDB.org Studijní databáze genomu kukuřice . Získáno 21. února 2010. Archivováno z originálu 10. února 2010.
  8. ↑ Putnam NH, Srivastava M., Hellsten U., Dirks B., Chapman J et al. Genom sasanky odhaluje repertoár a genomickou organizaci předků eumetazoanů   // Science . - 2007. - Sv. 317 . - str. 86-94 . — 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: ovocné mušky jako modely pro neurofarmakologický výzkum  (neopr.)  // Trends Pharmacol Sci.. - 2003. - V. 24 , č. 1 . - S. 41-3 . - doi : 10.1016/S0165-6147(02)00004-4 .
  11. ↑ Spitsbergen JM, Kent ML Nejmodernější model zebrafish pro toxikologii a výzkum toxikologické patologie – výhody a současná omezení  //  Toxicol Pathol : deník. - 2003. - Sv. 31 , č. Suppl . - str. 62-87 . - doi : 10.1080/01926230390174959 . — PMID 12597434 . Archivováno z originálu 16. července 2012. Archivovaná kopie (nedostupný odkaz) . Získáno 26. srpna 2009. Archivováno z originálu 16. července 2012. 

Odkazy

  • [4] GMOD, databáze genetického modelu organismů
 Modelové organismy v biologickém výzkumu