Organisme model

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 16 iulie 2022; verificarea necesită 1 editare .

Organismele model  sunt organisme folosite ca modele pentru studierea anumitor proprietăți, procese sau fenomene ale naturii vii. Organismele model sunt studiate intens, iar unul dintre motivele acestui lucru este speranța că modelele descoperite în timpul studiului lor vor fi și caracteristice altor organisme mai mult sau mai puțin similare, inclusiv oamenilor. Adesea, organisme model sunt utilizate atunci când studiile umane adecvate nu sunt posibile din motive tehnice sau etice. Utilizarea organismelor model se bazează pe faptul că toate organismele vii au o origine comună și păstrează multe în comun în mecanismele de stocare și implementare a informațiilor ereditare, metabolism etc.

Alegerea organismelor model

Devin organisme model, pentru care au fost deja acumulate o mulțime de date științifice. De obicei, mai multe laboratoare sau grupuri de cercetare sunt implicate în mod special într-un organism model și de la câteva sute la multe mii de articole au fost publicate pe baza rezultatelor studiului său.

Organismele care sunt ușor de întreținut și de reproducere în condiții de laborator sunt de obicei alese ca organisme model ( Escherichia coli , Tetrahymena thermophila , Arabidopsis thaliana , Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster , Mus musculus ). Avantajele suplimentare sunt timpul scurt de generare (schimbarea rapidă a generației), posibilitatea manipulărilor genetice (prezența liniilor consangvinizate , în cazul celor multicelulare, posibilitatea obținerii de celule stem, metodele dezvoltate de transformare genetică ).

Motive suplimentare pentru alegerea acestui obiect ca model pot fi poziția sa pe arborele filogenetic : de exemplu, maimuța rhesus este un organism model important pentru cercetarea medicală datorită relației sale relativ strânse cu oamenii (din același motiv, genomul cimpanzeului a fost ales pentru decodare completă ).

În cele din urmă, pentru unele domenii de cercetare, alegerea unui obiect ca model este determinată în primul rând de caracteristicile structurii acestuia. Astfel, atunci când se studiază „ sistemele nervoase simple ”, astfel de organisme sunt folosite ca modele în care neuronii sunt identificabili, relativ puțini și (de preferință) mari - de exemplu, Aplysia .

Din punct de vedere istoric, organisme model (E. coli, drojdie, Drosophila) au fost primele dintre grupurile corespunzătoare de organisme al căror genom a fost complet secvențial. În viitor, disponibilitatea unui genom complet secvențial și decodificat a devenit o cerință importantă pentru utilizarea unui organism ca model în biochimie, genetică, biologie moleculară și în majoritatea altor domenii. Din acest motiv, uneori, alegerea unui organism a fost determinată de caracteristicile genomului său: de exemplu, peștele puffer Fugu rubripes a fost ales ca model pentru studierea genomului datorită dimensiunilor sale mici (procent scăzut de secvențe necodante) .

Un alt criteriu pentru alegerea unui organism model este semnificația sa economică. Prin urmare, de exemplu, pe lângă Arabidópsis thaliana , orezul Oryza sativa L., lucerna Medicago truncatula etc. sunt folosite ca specii de plante model .

Organisme model importante și utilizările lor

Viruși

Bacterii

Protiști

Ciuperci

Plante

Alge Mușchi
  • Muşchiul verde Fiscomitrella deschis ( Physcomitrella patens ) este din ce în ce mai folosit în studiile de dezvoltare a plantelor şi de biologie evolutivă [4] Până în prezent, este singurul briofit al cărui genom a fost complet secvenţiat; a dezvoltat o metodă de transformare genetică pentru această specie
Licopsoid
  • Selaginella moellendorffii - evoluția plantelor  , biologie moleculară; genomul (unul dintre cele mai scurte dintre plantele superioare, aproximativ 100 de megabaze) a fost secvențiat în 2007 [5] .
Înflorire
  • Trifoiul lui Tal ( Arabidopsis thaliana ), cea mai populară plantă model folosită în multe zone; o cruciferă efemeră anuală cu un ciclu de viață extrem de scurt și o dimensiune mică a genomului (prima plantă al cărei genom a fost secvențial) [6] Multe mutații morfologice și biochimice au fost cartografiate și studiate [6] O bază de date genetică care conține o cantitate mare de alte informații despre această specie — TAIR [6]
  • Speciile din genul plopului ( Populus ) sunt specii model pentru studiul geneticii și cultivarea plantelor lemnoase. Au o dimensiune mică a genomului și o creștere rapidă; a fost dezvoltată o tehnică de transformare. Genomul secvențial complet al speciei nord-americane Populus trichocarpa
  • Lucerna truncatula ( Medicago truncatula ) este o leguminoasă model, o rudă apropiată a lucernei ( Medicago sativa ) (biologie moleculară, agronomie)
  • Porumbul dulce ( Zea mays ) este o cultură majoră de cereale și un organism model genetic clasic; această plantă monocotiledonată diploidă are 10 perechi de cromozomi mari, care sunt ușor de studiat la microscop, ceea ce facilitează studiile citogenetice; sunt cunoscute un număr mare de mutații exprimate fenotipic , ale căror gene sunt cartografiate (din această cauză au fost descoperiți transpozoni în studiul porumbului ) și un număr mare de descendenți din fiecare încrucișare (genetică, biologie moleculară, agronomie) , în porumb a fost descoperit pentru prima dată fenomenul de sterilitate masculină citoplasmatică . Genomul porumbului a fost secvențiat aproape complet; există o bază de date specială [7] dedicată studiilor genetice și biologice moleculare ale genomului porumbului.
  • Orezul ( Oryza sativa ) este una dintre cele mai importante culturi de cereale; are unul dintre cei mai mici genomi dintre boabele de cereale, care este complet secvențial (agronomie, biologie moleculară)
  • Ceapa ( Allium cepa ) este un organism model în studiile genotoxicologice . Are un genom bine studiat (2n=16) și, prin urmare, este potrivit pentru analiza ane-telofază . Rezultatele testului Allium cepa se corelează cu alte teste pe animale, plante și microorganisme și pot fi, de asemenea, extrapolate la oameni.

Animale

Cnidaria
  • Nematostella vectensis , nematostella, este o anemonă de mare din familia Edwardsiidae, care în ultimii ani a devenit principalul obiect model pentru studierea biologiei moleculare și a biologiei dezvoltării cnidarilor . În 2007, genomul nematostella a fost secvențiat complet [8]
Viermi
  • Triclade Schmidtea mediterranea  — biologie de dezvoltare, regenerare [2] ; genom secvențial parțial [3]
  • Nematodul Caenorhabditis elegans ( C. elegans ) [9]  - controlul genetic al dezvoltării și al proceselor fiziologice (primul organism multicelular al cărui genom a fost complet secvențiat; în prezent a fost secvențiat genomul celei de-a doua specii din acest gen, C. briggsae )
Artropode
  • Drosophila (genul Drosophila ), în special, musca fructelor ( Drosophila melanogaster)  este un obiect celebru al cercetării genetice. Ușor de păstrat și crescut în laborator, are o schimbare generațională rapidă și multe mutații cu expresie fenotipică diferită. În a doua jumătate a secolului al XX-lea, unul dintre principalele obiecte ale biologiei dezvoltării. Genomul a fost complet secvențiat. Recent a fost folosit pentru cercetare neurofarmacologică [10] .
Scoici
  • Aplysia Aplysia californica , moluște branhiale posterioare  - neurobiologie, mecanisme moleculare ale memoriei, rearanjamente ale citoscheletului.
  • Calamarul Loligo pealei , un obiect clasic pentru studiul activității celulelor nervoase și a citoscheletului acestora (are axoni giganți de până la 1 mm în diametru)
Echinoderme Acorduri
  • Ascidia Ciona intestinalis  - embriologie, evoluția genomului cordatelor
  • Gnus (Torpedo) - folosit în cercetarea biomedicală.
  • Rechinul de pisică comună ( Scyliorhinus canicula )  - utilizat în analiza comparativă a gastrulației .
  • Fugu ( Takifugu rubripes ) este un pește din familia Tetraodontidae  , care are un genom compact cu puține secvențe necodante. Genomul a fost secvențiat.
  • Pește zebra dungat ( Danio rerio ), un pește de apă dulce aproape transparent în stadiile incipiente de dezvoltare; un obiect important al biologiei dezvoltării, toxicologiei acvatice și toxicopatologiei [11] . Genomul a fost secvențiat.
  • Broasca africană cu gheare ( Xenopus laevis ) este unul dintre subiectele principale ale biologiei dezvoltării; ovocitele sunt de asemenea folosite pentru a studia expresia genelor. Genomul a fost secvențiat.
  • Puiul ( Gallus gallus domesticus ) este un obiect model al embriologiei amniotelor , folosit din cele mai vechi timpuri pana in zilele noastre, mecanismele memoriei si invatarii fiind studiate la pui.
  • Cintezele zebra ( Taeniopygia guttata ) sunt o specie de țesători, obiect de studiu în genetica comportamentului și a mecanismelor de învățare.
  • Șoarecele de casă ( Mus musculus ) este principalul animal model printre mamifere. Au fost obținute multe linii pure consangvinizate , inclusiv cele selectate pentru trăsături de interes pentru medicină. etologie etc.(o tendință la obezitate, creșterea și scăderea inteligenței, tendința de a consuma alcool, speranța de viață diferită etc.). Genomul a fost complet secvențiat. Au fost dezvoltate metode pentru obținerea de șoareci transgenici folosind celule stem. Prezintă un interes suplimentar ca obiect pentru studierea geneticii populațiilor și a proceselor de speciație, deoarece are o structură intraspecifică complexă (multe subspecii care diferă în rase de cromozomi cariotip ).
  • Șobolanul cenușiu ( Rattus norvegicus ) este un model important pentru toxicologie, neuroștiință și fiziologie; De asemenea, este folosit, împreună cu șoarecele, în genetică moleculară și genomică. Genomul a fost complet secvențiat.
  • Pisica domestică ( Felis domesticus ) - folosită în cercetarea fiziologiei creierului, mai ieftin de întreținut în comparație cu maimuțele .
  • Maimuța Rhesus ( Macaca mulatta ) - cercetare medicală (inclusiv studiul bolilor infecțioase), etologie, neuroștiință
  • Cimpanzeii (două specii, cimpanzeul comun ( Pan troglodytes ) și cimpanzeul pigmeu ( Pan paniscus ) sunt rudele vii cele mai apropiate ale oamenilor. Acum sunt folosite în principal pentru a studia comportamentele complexe și activitățile cognitive ale animalelor. Genomul Pan troglodytes a fost secvențial .
  • Diversi corvide ( Corvidae ) - etologie, comportamente complexe. Genomul lui Corvus brachyrhynchus a fost secvențiat.
  • Homo sapiens are un genom complet secvențial. Într-un sens larg, nu este un organism model. Pentru o persoană, se cunoaște cea mai completă listă de boli ereditare. Importanța pentru cercetarea neurofiziologică este determinată de capacitatea de a-și comunica sentimentele și de a urma instrucțiunile experimentatorului.

Alte organisme model

Este clar că organismele din lista de mai sus nu au o importanță egală, iar lista în sine poate fi extinsă cu ușurință în primul rând de organisme care sunt folosite ca modele în domenii mai restrânse de cercetare. De exemplu, melcul de uscat Cepaea nemoralis  este un subiect clasic pentru studierea ecologiei și geneticii populațiilor, inclusiv a efectelor selecției naturale asupra populațiilor ; lipitoarea medicală Hirudo medicinalis  este unul dintre obiectele model pentru studiul locomoției în neurobiologie etc.

Alte obiecte model în biologie

Pe lângă organisme, sistemele biologice ale altor niveluri de organizare pot servi și ca obiecte model - molecule, celule și părțile lor (de exemplu, axonul de calmar gigant), linii celulare (de exemplu, linia celulară umană HeLa), organe ( de exemplu ganglionul stomatogastric al decapodelor menționate în lista nevertebratelor).raci), populații și ecosisteme.

Vezi și

Note

  1. ^ Davis, Rowland H. Neurospora : contribuții ale unui organism model  . - Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press , 2000. - ISBN 0-19-512236-4 .
  2. ↑ Resurse Chlamydomonas reinhardtii la Joint Genome Institute (link nu este disponibil) . Preluat la 26 august 2009. Arhivat din original la 23 iulie 2008. 
  3. ↑ Chlamydomonas genome secvenced Arhivat 15 martie 2008 la Wayback Machine publicat în Science, 12 octombrie 2007
  4. ↑ Rensing SA, Lang D., Zimmer AD, et al. Genomul Physcomitrella dezvăluie perspective evolutive în cucerirea pământului de către plante  //  Science : journal. - 2008. - ianuarie ( vol. 319 , nr. 5859 ). - P. 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 > . Extras 17 mai 2011. Arhivat 24 aprilie 2011 la Wayback Machine 
  6. ↑ 1 2 3 Despre Arabidopsis pe pagina The Arabidopsis Information Resource ( Arhivat 12 noiembrie 2019 la Wayback Machine TAIR )
  7. ↑ MaizeGDB.org Baza de date pentru studiul genomului de porumb . Consultat la 21 februarie 2010. Arhivat din original la 10 februarie 2010.
  8. ↑ Putnam NH, Srivastava M., Hellsten U., Dirks B., Chapman J și colab. Genomul anemonei de mare dezvăluie repertoriul genelor ancestrale eumetazoare și organizarea genomică   // Știință . - 2007. - Vol. 317 . - P. 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. Tehnici: muștele fructelor ca modele pentru cercetarea neurofarmacologică  (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 Stadiul actual al modelului de pește zebra pentru cercetarea toxicologiei și patologiei toxicologice - avantaje și limitări actuale  //  Toxicol Pathol : jurnal. - 2003. - Vol. 31 , nr. Supl . - P. 62-87 . - doi : 10.1080/01926230390174959 . — PMID 12597434 . Arhivat din original pe 16 iulie 2012. Copie arhivată (link indisponibil) . Preluat la 26 august 2009. Arhivat din original la 16 iulie 2012. 

Link -uri

  • [4] GMOD, Baza de date Genetic Organism Model
 Organisme model în cercetarea biologică