Modellorganismer

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 16 juli 2022; verifiering kräver 1 redigering .

Modellorganismer  är organismer som används som modeller för att studera vissa egenskaper, processer eller fenomen i levande natur. Modellorganismer studeras intensivt, och en av anledningarna till detta är förhoppningen att de mönster som upptäckts under deras studie också ska vara karakteristiska för andra mer eller mindre liknande organismer, inklusive människor. Ofta används modellorganismer när lämpliga humanstudier inte är möjliga av tekniska eller etiska skäl. Användningen av modellorganismer bygger på det faktum att alla levande organismer har ett gemensamt ursprung och har mycket gemensamt i mekanismerna för lagring och implementering av ärftlig information, metabolism etc.

Val av modellorganismer

Modellorganismer håller på att bli, för vilka många vetenskapliga data redan har samlats. Vanligtvis är flera laboratorier eller forskargrupper speciellt engagerade i en modellorganism, och från flera hundra till många tusen artiklar har publicerats baserat på resultaten av dess studie.

Organismer som är lätta att underhålla och avla under laboratorieförhållanden väljs vanligtvis som modellorganismer ( Escherichia coli , Tetrahymena thermophila , Arabidopsis thaliana , Caenorhabditis elegans , Drosophila melanogaster , Mus musculus ). Ytterligare fördelar är en kort generationstid (snabb generationsändring), möjligheten till genetiska manipulationer (närvaron av inavlade linjer , i fallet med flercelliga sådana, möjligheten att erhålla stamceller, utvecklade metoder för genetisk transformation ).

Ytterligare skäl för att välja detta objekt som modell kan vara dess position på det fylogenetiska trädet : till exempel är rhesusapan en viktig modellorganism för medicinsk forskning på grund av dess relativt nära släktskap med människor (av samma anledning var schimpansens genom vald för fullständig avkodning ).

Slutligen, för vissa forskningsområden, bestäms valet av ett objekt som modell i första hand av egenskaperna hos dess struktur. Sålunda, när man studerar " enkla nervsystem ", används sådana organismer som modeller där neuroner är identifierbara, relativt få och (helst) stora - till exempel Aplysia .

Historiskt sett var modellorganismer (E. coli, jäst, Drosophila) de första bland motsvarande grupper av organismer vars genom var fullständigt sekvenserat. I framtiden blev tillgången på ett fullt sekvenserat och avkodat genom ett viktigt krav för användningen av en organism som modell inom biokemi, genetik, molekylärbiologi och de flesta andra områden. Av denna anledning bestämdes ibland valet av en organism av egenskaperna hos dess genom: till exempel valdes pufferfisken Fugu rubripes som en modell för att studera genomet på grund av dess ringa storlek (låg andel icke-kodande sekvenser) .

Ett annat kriterium för att välja en modellorganism är dess ekonomiska betydelse. Därför används till exempel, förutom Arabidópsis thaliána , ris Oryza sativa L., alfalfa Medicago truncatula , etc. som modellväxtarter .

Viktiga modellorganismer och deras användningsområden

Virus

Bakterier

Protister

Svampar

Växter

Alger Mossar
  • Den gröna mossan Fiscomitrella öppen ( Physcomitrella patens ) används allt mer i växtutveckling och evolutionära biologistudier [4] Hittills är det den enda mossan vars genom har sekvenserats fullständigt; utvecklat en metod för genetisk transformation för denna art
Lycopsoid
  • Selaginella moellendorffii - växtutveckling  , molekylärbiologi; genomet (ett av de kortaste bland högre växter, cirka 100 megabaser) sekvenserades 2007 [5] .
Blommande
  • Tals klöver ( Arabidopsis thaliana ), den mest populära modellväxten som används i många områden; en ettårig korsblommig efemär med extremt kort livscykel och liten genomstorlek (den första växten vars genom sekvenserades) [6] Många morfologiska och biokemiska mutationer har kartlagts och studerats [6] En genetisk databas som innehåller en stor mängd annan information om denna art — TAIR [6]
  • Arter av poppelsläktet ( Populus ) är modellarter för att studera genetik och odling av vedartade växter. De har en liten genomstorlek och snabb tillväxt; en transformationsteknik har utvecklats. Fullständigt sekvenserat genom av den nordamerikanska arten Populus trichocarpa
  • Alfalfa truncatula ( Medicago truncatula ) är en modellbaljväxt, en nära släkting till alfalfa ( Medicago sativa ) (molekylärbiologi, agronomi)
  • Sockermajs ( Zea mays ) är en stor spannmålsgröda och en klassisk genetisk modellorganism; denna diploida enhjärtbladiga växt har 10 par stora kromosomer, som är lätta att studera i mikroskop, vilket underlättar cytogenetiska studier; ett stort antal fenotypiskt uttryckta mutationer är kända, vars gener kartläggs (det är på grund av detta som transposoner upptäcktes i studien av majs ), och ett stort antal ättlingar från varje korsning (genetik, molekylärbiologi, agronomi) , det var i majs som fenomenet cytoplasmatisk manlig sterilitet först upptäcktes . Majsgenomet har sekvenserats nästan fullständigt, det finns en speciell databas [7] dedikerad till genetiska och molekylärbiologiska studier av majsgenomet.
  • Ris ( Oryza sativa ) är en av de viktigaste spannmålsgrödorna; har ett av de minsta genomen bland spannmålskorn, som är fullt sekvenserat (agronomi, molekylärbiologi)
  • Lök ( Allium cepa ) är en modellorganism i genotoxikologiska studier. Den har ett väl studerat genom (2n=16) och är därför lämplig för ane-telofasanalys . Allium cepa -testresultat korrelerar med andra djur-, växt- och mikroorganismtester och kan även extrapoleras till människor.

Djur

Cnidaria
  • Nematostella vectensis , nematostella, är en strandsittande havsanemon från familjen Edwardsiidae, som på senare år har blivit det främsta modellobjektet för att studera molekylärbiologi och utvecklingsbiologi hos cnidarians . År 2007 sekvenserades nematostella-genomet fullständigt [8]
Worms
  • Triclade Schmidtea mediterranea  — utvecklingsbiologi, regenerering [2] ; genomet delvis sekvenserat [3]
  • Nematode Caenorhabditis elegans ( C. elegans ) [9]  - genetisk kontroll av utveckling och fysiologiska processer (den första flercelliga organismen vars genom var fullständigt sekvenserat; för närvarande har genomet för den andra arten från detta släkte, C. briggsae ) sekvenserats )
Leddjur
  • Drosophila (släktet Drosophila ), i synnerhet fruktflugan ( Drosophila melanogaster)  är ett känt föremål för genetisk forskning. Lätt att hålla och föda upp i laboratoriet, har ett snabbt generationsskifte och många mutationer med olika fenotypiska uttryck. Under andra hälften av 1900-talet, ett av utvecklingsbiologins huvudobjekt. Genomet har sekvenserats fullständigt. Nyligen har det använts för neurofarmakologisk forskning [10] .
Skaldjur Tagghudingar Chordates
  • Ascidia Ciona intestinalis  - embryologi, evolution av chordate-genomet
  • Gnuses (Torpedo) - används i biomedicinsk forskning.
  • Vanlig katthaj ( Scyliorhinus canicula)  - används i jämförande analys av gastrulation .
  • Fugu ( Takifugu rubripes ) är en fisk från familjen Tetraodontidae  , som har ett kompakt genom med få icke-kodande sekvenser. Genomet har sekvenserats.
  • Randig zebrafisk ( Danio rerio ), en nästan genomskinlig sötvattensfisk i dess tidiga utvecklingsstadier; ett viktigt föremål för utvecklingsbiologi, akvatisk toxikologi och toxikopatologi [11] . Genomet har sekvenserats.
  • Den afrikanska klogrodan ( Xenopus laevis ) är ett av utvecklingsbiologins huvudämnen; oocyter används också för att studera genuttryck. Genomet har sekvenserats.
  • Kyckling ( Gallus gallus domesticus ) är ett modellobjekt för fostervattenembryologi , som används från antiken till idag, mekanismerna för minne och inlärning studeras på kycklingar.
  • Zebrafinkar ( Taeniopygia guttata ) är en art av vävare, ett föremål för studier i genetiken av beteende och inlärningsmekanismer.
  • Husmusen ( Mus musculus ) är det främsta modelldjuret bland däggdjur. Många inavlade rena linjer har erhållits , inklusive de som valts ut för egenskaper av intresse för medicin. etologi etc. (benägenhet till fetma, ökad och minskad intelligens, benägenhet att konsumera alkohol, olika medellivslängd etc.). Genomet har sekvenserats fullständigt. Metoder för att erhålla transgena möss med stamceller har utvecklats. Det är av ytterligare intresse som ett objekt för att studera populationsgenetik och artbildningsprocesser, eftersom det har en komplex intraspecifik struktur (många underarter som skiljer sig åt i karyotypkromosomraser ) .
  • Gråråttan ( Rattus norvegicus ) är en viktig modell för toxikologi, neurovetenskap och fysiologi; Det används också, tillsammans med musen, inom molekylär genetik och genomik. Genomet har sekvenserats fullständigt.
  • Tamkatt ( Felis domesticus ) - används i hjärnfysiologisk forskning, billigare att underhålla jämfört med apor .
  • Rhesusapa ( Macaca mulatta ) - medicinsk forskning (inklusive studiet av infektionssjukdomar), etologi, neurovetenskap
  • Schimpanser (två arter, den vanliga schimpansen ( Pan troglodytes ) och pygméschimpansen ( Pan paniscus ) är de närmaste levande släktingarna till människor. Används nu främst för att studera komplexa beteenden och kognitiva aktiviteter hos djur. Genomet av Pan troglodytes har sekvenserats .
  • Olika corvids ( Corvidae ) - etologi, komplexa beteenden. Genomet av Corvus brachyrhynchus har sekvenserats.
  • Homo sapiens har ett fullständigt sekvenserat genom. I vid bemärkelse är det ingen modellorganism. För en person är den mest kompletta listan över ärftliga sjukdomar känd. Betydelsen för neurofysiologisk forskning bestäms av förmågan att kommunicera sina känslor och följa försöksledarens instruktioner.

Andra modellorganismer

Det är tydligt att organismer i listan ovan inte är lika viktiga, och själva listan kan lätt utökas i första hand med organismer som används som modeller inom smalare forskningsområden. Till exempel är landssnigeln Cepaea nemoralis  ett klassiskt ämne för att studera populationsekologi och genetik, inklusive effekterna av naturligt urval på populationer ; den medicinska blodiglen Hirudo medicinalis  är ett av modellobjekten för studiet av rörelse i neurobiologi, etc.

Andra modellobjekt inom biologi

Förutom organismer kan biologiska system på andra organisationsnivåer också fungera som modellobjekt - molekyler, celler och deras delar (till exempel det gigantiska bläckfisk-axonet), cellinjer (till exempel den mänskliga cellinjen HeLa), organ ( till exempel stomatogastriska ganglion av dekapoder som nämns i listan över ryggradslösa djur), kräftor), populationer och ekosystem.

Se även

Anteckningar

  1. ↑ Davis, Rowland H. Neurospora : bidrag från en modellorganism  . - Oxford [Oxfordshire]: Oxford University Press , 2000. - ISBN 0-19-512236-4 .
  2. ↑ Chlamydomonas reinhardtii-resurser vid Joint Genome Institute (länk ej tillgänglig) . Hämtad 26 augusti 2009. Arkiverad från originalet 23 juli 2008. 
  3. ↑ Chlamydomonas genom sekvenserat Arkiverad 15 mars 2008 på Wayback Machine publicerad i Science 12 oktober 2007
  4. ↑ Rensing SA, Lang D., Zimmer AD, et al. Physcomitrella-genomet avslöjar evolutionära insikter om växters erövring av land  //  Science : journal. - 2008. - Januari ( vol. 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 > . Hämtad 17 maj 2011. Arkiverad 24 april 2011 på Wayback Machine 
  6. ↑ 1 2 3 Om Arabidopsis på Arabidopsis Information Resource-sida ( arkiverad 12 november 2019 på Wayback Machine TAIR )
  7. ↑ MaizeGDB.org Maize Genome Study Database . Hämtad 21 februari 2010. Arkiverad från originalet 10 februari 2010.
  8. ↑ Putnam NH, Srivastava M., Hellsten U., Dirks B., Chapman J et al. Havsanemongenomet avslöjar förfäders eumetazoan-genrepertoar och genomisk organisation   // Vetenskap . - 2007. - Vol. 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. Tekniker: fruktflugor som modeller för 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 senaste inom zebrafiskmodellen för toxikologi och toxikologisk patologiforskning – fördelar och nuvarande begränsningar  //  Toxicol Pathol : journal. - 2003. - Vol. 31 , nr. Suppl . - S. 62-87 . - doi : 10.1080/01926230390174959 . — PMID 12597434 . Arkiverad från originalet den 16 juli 2012. Arkiverad kopia (inte tillgänglig länk) . Hämtad 26 augusti 2009. Arkiverad från originalet 16 juli 2012. 

Länkar

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