Model organismer

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 16. juli 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Modelorganismer  er organismer, der bruges som modeller til at studere visse egenskaber, processer eller fænomener i den levende natur. Modelorganismer studeres intensivt, og en af ​​årsagerne hertil er håbet om, at de mønstre, der opdages under deres undersøgelse, også vil være karakteristiske for andre mere eller mindre lignende organismer, herunder mennesker. Ofte bruges modelorganismer, når passende menneskelige undersøgelser ikke er mulige af tekniske eller etiske årsager. Brugen af ​​modelorganismer er baseret på, at alle levende organismer har en fælles oprindelse og bevarer meget til fælles i mekanismerne for lagring og implementering af arvelig information, stofskifte mv.

Valg af modelorganismer

Modelorganismer er ved at blive, for hvilke der allerede er akkumuleret en masse videnskabelige data. Normalt er flere laboratorier eller forskningsgrupper særligt engageret i en modelorganisme, og fra flere hundrede til mange tusinde artikler er blevet publiceret baseret på resultaterne af dens undersøgelse.

Organismer, der er nemme at vedligeholde og avle under laboratorieforhold, vælges normalt som modelorganismer ( Escherichia coli , Tetrahymena thermophila , Arabidopsis thaliana , Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster , Mus musculus ). Yderligere fordele er en kort generationstid (hurtig generationsændring), muligheden for genetiske manipulationer (tilstedeværelsen af ​​indavlede linjer , i tilfælde af flercellede, muligheden for at opnå stamceller, udviklede metoder til genetisk transformation ).

Yderligere grunde til at vælge dette objekt som en model kan være dets position på det fylogenetiske træ : for eksempel er næseaben en vigtig modelorganisme for medicinsk forskning på grund af dens relativt tætte relation til mennesker (af samme grund var chimpansegenomet valgt til fuldstændig afkodning ).

Endelig, for nogle forskningsområder, er valget af et objekt som model primært bestemt af funktionerne i dets struktur. Når man studerer " simple nervesystemer ", bruges sådanne organismer således som modeller, hvor neuroner er identificerbare, relativt få og (helst) store - for eksempel Aplysia .

Historisk set var modelorganismer (E. coli, gær, Drosophila) de første blandt de tilsvarende grupper af organismer, hvis genom var fuldstændig sekventeret. I fremtiden blev tilgængeligheden af ​​et fuldt sekventeret og afkodet genom et vigtigt krav for brugen af ​​en organisme som model inden for biokemi, genetik, molekylærbiologi og de fleste andre områder. Af denne grund blev valget af en organisme nogle gange bestemt af egenskaberne ved dens genom: for eksempel blev pufferfisken Fugu rubripes valgt som en model til at studere genomet på grund af dets lille størrelse (lav procentdel af ikke-kodende sekvenser) .

Et andet kriterium for at vælge en modelorganisme er dens økonomiske betydning. Derfor bruges for eksempel udover Arabidópsis thaliána ris Oryza sativa L., lucerne Medicago truncatula osv. som modelplantearter .

Vigtige modelorganismer og deres anvendelser

Virusser

Bakterier

Protister

Svampe

Planter

Alger Mosser
  • Den grønne mos Fiscomitrella åben ( Physcomitrella patens ) bliver i stigende grad brugt i planteudvikling og evolutionære biologistudier [4] Indtil videre er det den eneste mose, hvis genom er blevet fuldstændig sekventeret; udviklet en metode til genetisk transformation for denne art
Lycopsoid
  • Selaginella moellendorffii - planteudvikling  , molekylærbiologi; genomet (et af de korteste blandt højere planter, omkring 100 megabaser) blev sekventeret i 2007 [5] .
Blomstrende
  • Tals kløver ( Arabidopsis thaliana ), den mest populære modelplante, der bruges i mange områder; en etårig kortvarig korsblomst med en ekstremt kort livscyklus og en lille genomstørrelse (den første plante, hvis genom blev sekventeret) [6] Mange morfologiske og biokemiske mutationer er blevet kortlagt og undersøgt [6] En genetisk database, der indeholder en stor mængde anden information om denne art — TAIR [6]
  • Arter af poppelslægten ( Populus ) er modelarter til at studere genetik og dyrkning af træagtige planter. De har en lille genomstørrelse og hurtig vækst; en transformationsteknik er blevet udviklet. Fuldstændig sekventeret genom af den nordamerikanske art Populus trichocarpa
  • Alfalfa truncatula ( Medicago truncatula ) er en model bælgplante, en nær slægtning til lucerne ( Medicago sativa ) (molekylærbiologi, agronomy)
  • Sukkermajs ( Zea mays ) er en stor kornafgrøde og en klassisk genetisk modelorganisme; denne diploide enkimbladede plante har 10 par store kromosomer, som er lette at studere under et mikroskop, hvilket letter cytogenetiske undersøgelser; der kendes et stort antal fænotypisk udtrykte mutationer, hvis gener er kortlagt (det er på grund af dette, at transposoner blev opdaget i undersøgelsen af ​​majs ), og et stort antal efterkommere fra hver krydsning (genetik, molekylærbiologi, agronomi) , det var i majs, at fænomenet cytoplasmatisk mandlig sterilitet først blev opdaget . Majsgenomet er blevet sekventeret næsten fuldstændigt; der er en særlig database [7] dedikeret til genetiske og molekylærbiologiske undersøgelser af majsgenomet.
  • Ris ( Oryza sativa ) er en af ​​de vigtigste kornafgrøder; har et af de mindste genomer blandt korn, som er fuldt sekventeret (agronomi, molekylærbiologi)
  • Løg ( Allium cepa ) er en modelorganisme i genotoksikologiske undersøgelser. Det har et velundersøgt genom (2n=16) og er derfor velegnet til ane-telofase-analyse . Allium cepa testresultater korrelerer med andre dyre-, plante- og mikroorganismetests og kan også ekstrapoleres til mennesker.

Dyr

Cnidaria
  • Nematostella vectensis , nematostella, er en kystgravende søanemone fra Edwardsiidae-familien, som i de senere år er blevet hovedmodelobjektet til at studere molekylærbiologi og udviklingsbiologi hos cnidarians . I 2007 blev nematostella-genomet fuldstændigt sekventeret [8]
Worms
  • Triclade Schmidtea mediterranea  — udviklingsbiologi, regenerering [2] ; genom delvist sekventeret [3]
  • Nematode Caenorhabditis elegans ( C. elegans ) [9]  - genetisk kontrol af udvikling og fysiologiske processer (den første multicellulære organisme, hvis genom var fuldstændig sekventeret; i øjeblikket er genomet af den anden art fra denne slægt, C. briggsae ) blevet sekventeret )
Leddyr
  • Drosophila (slægten Drosophila ), især frugtfluen ( Drosophila melanogaster)  er et berømt genstand for genetisk forskning. Let at holde og avle i laboratoriet, har et hurtigt generationsskifte og mange mutationer med forskelligt fænotypisk udtryk. I anden halvdel af det 20. århundrede, et af udviklingsbiologiens hovedobjekter. Genomet er blevet fuldstændig sekventeret. For nylig er det blevet brugt til neurofarmakologisk forskning [10] .
Skaldyr Echinoderms Chordates
  • Ascidia Ciona intestinalis  - embryologi, udvikling af chordat-genomet
  • Gnuser (Torpedo) - bruges i biomedicinsk forskning.
  • Almindelig kattehaj ( Scyliorhinus canicula)  - bruges i den sammenlignende analyse af gastrulation .
  • Fugu ( Takifugu rubripes ) er en fisk fra Tetraodontidae -familien  , som har et kompakt genom med få ikke-kodende sekvenser. Genomet er blevet sekventeret.
  • Stribet zebrafisk ( Danio rerio ), en næsten gennemsigtig ferskvandsfisk i dens tidlige udviklingsstadier; et vigtigt objekt for udviklingsbiologi, akvatisk toksikologi og toksikopatologi [11] . Genomet er blevet sekventeret.
  • Den afrikanske kløvede frø ( Xenopus laevis ) er et af udviklingsbiologiens hovedfag; oocytter bruges også til at studere genekspression. Genomet er blevet sekventeret.
  • Kylling ( Gallus gallus domesticus ) er et modelobjekt for fostervands-embryologi , brugt fra oldtiden til i dag, mekanismerne for hukommelse og indlæring studeres på kyllinger.
  • Zebrafinker ( Taeniopygia guttata ) er en art af vævere, et genstand for undersøgelse i genetik af adfærd og indlæringsmekanismer.
  • Husmusen ( Mus musculus ) er det vigtigste modeldyr blandt pattedyr. Mange indavlede rene linjer er blevet opnået , inklusive dem, der er udvalgt for egenskaber af interesse for medicin. etologi osv. (tendens til fedme, øget og nedsat intelligens, tilbøjelighed til at indtage alkohol, anderledes forventet levetid osv.). Genomet er blevet fuldstændig sekventeret. Metoder til opnåelse af transgene mus ved hjælp af stamceller er blevet udviklet. Det er af yderligere interesse som et objekt til at studere populationsgenetik og artsdannelsesprocesser, da det har en kompleks intraspecifik struktur (mange underarter, der adskiller sig i karyotype kromosomracer ).
  • Den grå rotte ( Rattus norvegicus ) er en vigtig model for toksikologi, neurovidenskab og fysiologi; Det bruges også sammen med musen i molekylær genetik og genomik. Genomet er blevet fuldstændig sekventeret.
  • Huskat ( Felis domesticus ) - brugt i hjernefysiologisk forskning, billigere at vedligeholde sammenlignet med aber .
  • Rhesus abe ( Macaca mulatta ) - medicinsk forskning (herunder undersøgelse af infektionssygdomme), etologi, neurovidenskab
  • Chimpanser (to arter, almindelig chimpanse ( Pan troglodytes ) og pygmæ chimpansen ( Pan paniscus ) er de nærmeste levende slægtninge til mennesker. Bruges nu hovedsageligt til at studere dyrenes komplekse adfærd og kognitive aktiviteter. Genomet af Pan troglodytes er blevet sekventeret .
  • Forskellige corvids ( Corvidae ) - etologi, kompleks adfærd. Genomet af Corvus brachyrhynchus er blevet sekventeret.
  • Homo sapiens har et fuldt sekventeret genom. I bred forstand er det ikke en modelorganisme. For en person er den mest komplette liste over arvelige sygdomme kendt. Betydningen for neurofysiologisk forskning er bestemt af evnen til at kommunikere sine følelser og følge forsøgslederens instruktioner.

Andre modelorganismer

Det er tydeligt, at organismer på ovenstående liste ikke er af lige stor betydning, og selve listen kan let udvides primært med organismer, der bruges som modeller inden for snævrere forskningsområder. For eksempel er landsneglen Cepaea nemoralis  et klassisk emne til at studere populationsøkologi og genetik, herunder virkningerne af naturlig selektion på populationer ; den medicinske igle Hirudo medicinalis  er et af modelobjekterne for studiet af bevægelse i neurobiologi mv.

Andre modelobjekter i biologi

Ud over organismer kan biologiske systemer på andre organisationsniveauer også tjene som modelobjekter - molekyler, celler og deres dele (f.eks. det gigantiske blæksprutteakson), cellelinjer (f.eks. den menneskelige cellelinje HeLa), organer ( for eksempel den stomatogastriske ganglion af dekapoder nævnt i listen over hvirvelløse dyr), krebs), populationer og økosystemer.

Se også

Noter

  1. ↑ Davis, Rowland H. Neurospora : bidrag fra en modelorganisme  . - Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press , 2000. - ISBN 0-19-512236-4 .
  2. ↑ Chlamydomonas reinhardtii ressourcer på Joint Genome Institute (link ikke tilgængeligt) . Hentet 26. august 2009. Arkiveret fra originalen 23. juli 2008. 
  3. ↑ Chlamydomonas genom sekventeret Arkiveret 15. marts 2008 på Wayback Machine offentliggjort i Science, 12. oktober 2007
  4. ↑ Rensing SA, Lang D., Zimmer AD, et al. Physcomitrella-genomet afslører evolutionær indsigt i planters erobring af land  //  Science : journal. - 2008. - Januar ( bind 319 , nr. 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 > . Hentet 17. maj 2011. Arkiveret 24. april 2011 på Wayback Machine 
  6. ↑ 1 2 3 Om Arabidopsis på The Arabidopsis Information Resource-side ( arkiveret 12. november 2019 på Wayback Machine TAIR )
  7. ↑ MaizeGDB.org Maize Genome Study Database . Hentet 21. februar 2010. Arkiveret fra originalen 10. februar 2010.
  8. ↑ Putnam NH, Srivastava M., Hellsten U., Dirks B., Chapman J et al. Havanemonens genom afslører forfædres eumetazoan-genrepertoire og genomisk organisation   // Videnskab . - 2007. - Bd. 317 . - S. 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. Teknikker: frugtfluer som modeller for neurofarmakologisk forskning  (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 Det nyeste inden for zebrafiskmodellen for toksikologi og toksikologisk patologisk forskning - fordele og nuværende begrænsninger  //  Toxicol Pathol : journal. - 2003. - Bd. 31 , nr. Suppl . - S. 62-87 . - doi : 10.1080/01926230390174959 . — PMID 12597434 . Arkiveret fra originalen den 16. juli 2012. Arkiveret kopi (ikke tilgængeligt link) . Hentet 26. august 2009. Arkiveret fra originalen 16. juli 2012. 

Links

  • [4] GMOD, Genetic Model Organism Database
 Modelorganismer i biologisk forskning