Modelinis organizmas: apibrėžtis, pavyzdžiai ir biologinė reikšmė

Modelinis organizmas - tai nežmogaus rūšis, kuri tiriama daugelį metų, sukaupiant apie ją daug žinių, kad būtų galima suprasti pagrindinius biologinius reiškinius. Tikimasi, kad atradimai, padaryti naudojant modelinį organizmą, padės suprasti, kaip veikia kiti organizmai.

Modeliniai organizmai pasirenkami todėl, kad jie turi tam tikrų privalumų: jie gali būti lengvai auginami laboratorijoje, turi trumpą gyvenimo ciklą, juos galima genetiškai modifikuoti, jų biologija yra gerai aprašyta, o gautos žinios dažnai yra pritaikomos platesniam organizmų ratui. Modeliniai organizmai leidžia kartoti eksperimentus, lyginti rezultatus ir kurti standartizuotas metodikas, kurios pagreitina biologinių procesų supratimą.

Pritaikymas medicinoje ir tyrimuose

Bandymams su gyvūnais plačiai naudojami modeliniai organizmai, siekiant ištirti galimas žmogaus ligų priežastis ir gydymo būdus, kai eksperimentuoti su žmonėmis būtų neįmanoma arba neetiška. Jie taip pat naudojami toksikologijoje, vaistų atrankoje, vystymosi biologijoje, genetikos ir neurobiologijos tyrimuose. Daugelis pagrindinių medicininių atradimų — nuo ligų mechanizmo supratimo iki naujų vaistų kūrimo — buvo įmanomi dėl modelinių organizmų tyrimų.

Kodėl tai įmanoma

Ši strategija įmanoma dėl visų gyvų organizmų panašumo. Jie panašūs dėl bendros kilmės ir evoliucijos eigoje išlikusių medžiagų apykaitos ir vystymosi būdų bei genų. Daug biologinių procesų — pavyzdžiui, ląstelių dalijimasis, DNR replikacija, signalų perdavimas ir genų raiška — yra konservuoti skirtingose gyvų būtybių grupėse, todėl atradimas viename organizme dažnai turi reikšmę ir kitiems.

Pagrindiniai modelinių organizmų pavyzdžiai

  • Escherichia coli — bakterija, plačiai naudojama molekulinėje biologijoje ir genų inžinerijoje.
  • Saccharomyces cerevisiae (geriamasis mielių grybas) — modelis ląstelės biologijai ir fermentų tyrimams.
  • Drosophila melanogaster (vaisinė muselė) — klasikinė genetikos ir vystymosi biologijos sistema.
  • Caenorhabditis elegans — nematodas, svarbus vystymosi ir neurobiologijos tyrimams dėl aiškios ląstelių linijos ir trumpų gyvavimo ciklų.
  • Zebrafish (Danio rerio) — žuvis, naudojama vystymosi, genetikos ir toksikologijos tyrimams dėl permatomų embrionų.
  • Mouse (pelė) — svarbiausias stuburinių modelis, plačiai naudojamas medicininiuose tyrimuose dėl artimesnės žmogui fiziologijos.
  • Arabidopsis thaliana — modelinis augalas, naudojamas augalų genetikos ir vystymosi studijose.

Kriterijai renkantis modelinį organizmą

Renkantis modelinį organizmą mokslininkai atsižvelgia į:

  • laboratorinį auginimo paprastumą ir kaštus,
  • genetinio modifikavimo galimybes (genų knock-out, transgenai, CRISPR ir kt.),
  • žmogaus biologijai artimų procesų buvimą ar konservuotumą,
  • trumpą reprodukcinį ciklą ir greitą kartų kaitą,
  • turimą žinių bazę ir bendruomenės palaikymą (genetiniai ištekliai, duomenų bazės).

Privalumai ir apribojimai

Privalumai: galimybė atlikti kontrolinius ir pakartojamus eksperimentus, greitas rezultatų gavimas, mažesnės išlaidos ir etinės problemos nei tiesiogiai su žmonėmis.

Apribojimai: ne visi atradimai modeliniuose organizmuose tiesiogiai pritaikomi žmonėms ar kitiems organizmams dėl rūšinių skirtumų; kai kuriais atvejais reikalingi papildomi tyrimai aukštesniojo lygio organizmuose arba klinikiniai tyrimai. Taip pat svarbu kritiškai vertinti modelio tinkamumą konkrečiam biologiniam klausimui.

Etiniai ir reglamentavimo aspektai

Naudojant gyvūninius modelius būtina laikytis etikos principų ir teisės aktų, užtikrinančių gyvūnų gerovę, mažinant kančias ir taikant 3R principą: Replacement (pakeitimas), Reduction (sumažinimas) ir Refinement (gerinimas). Mokslininkai privalo pagrįsti, kodėl būtent konkretus modelis yra būtinas ir kokios priemonės taikomos siekiant sumažinti neigiamą poveikį gyvūnams.

Išvados

Modeliniai organizmai yra esminis biologijos ir medicinos pažangos instrumentas. Jie suteikia galimybę gilinti pagrindines žinias apie gyvenimo procesus ir kurti praktinius sprendimus sveikatai bei aplinkos apsaugai, tuo pačiu reikalaujant atsakingo ir kritiško jų taikymo.

Escherichia coli yra pavyzdinis gramneigiamas prokariotinis organizmas.Zoom
Escherichia coli yra pavyzdinis gramneigiamas prokariotinis organizmas.

Drosophila melanogaster - vienas iš garsiausių genetikos eksperimentų objektųZoom
Drosophila melanogaster - vienas iš garsiausių genetikos eksperimentų objektų

Modeliniai organizmai genetikoje

Drosophila melanogaster

Drosophila melanogaster buvo vienas iš pirmųjų genetikai naudotų gyvūnų. Šiandien tai vienas plačiausiai naudojamų ir genetiškai geriausiai žinomų eukariotinių organizmų.

Visi organizmai naudojasi bendromis genetinėmis sistemomis; vaisinių muselių transkripcijos ir replikacijos supratimas padeda suprasti šiuos procesus kituose eukariotuose, įskaitant žmones.

Su X chromosoma susijusių požymių tyrimai patvirtino, kad genai yra chromosomose. Susijusių požymių tyrimai leido sudaryti pirmuosius chromosomose esančių genetinių lokusų žemėlapius. Pirmuosius Drosophila chromosomų žemėlapius sudarė Alfredas Sturtevantas.

Drosophila melanogaster yra vienas iš labiausiai tyrinėjamų organizmų biologiniuose tyrimuose, ypač genetikos ir vystymosi biologijos srityse. Visas jos genomas buvo susekvenuotas ir pirmą kartą paskelbtas 2000 m.

Kadangi daug žinoma apie jo vystymąsi nuo kiaušinėlio iki lervos ir suaugėlio, jis yra pagrindinis vystymosi genetikos, arba evo-devo, modelis. Hox genai, arba homeoboksai, kurie kontroliuoja metazoa vystymąsi, pirmiausia buvo išrasti drozofilose.

Escherischia coli

1946 m. Joshua Lederbergas ir Edwardas Tatumas pirmą kartą aprašė reiškinį, vadinamą bakterijų konjugacija, naudodami Escherichia coli kaip pavyzdinę bakteriją.

E. coli buvo neatsiejama pirmųjų eksperimentų, skirtų suprasti fagų genetiką, dalis, o pirmieji tyrėjai, tokie kaip Seymouras Benzeris, naudojo E. coli ir fagą T4, kad suprastų genų struktūros topografiją. Iki Benzerio tyrimų nebuvo žinoma, ar genas yra linijinės struktūros, ar jis turi šakotumą.

E. coli buvo vienas iš pirmųjų organizmų, kurių genomas buvo sekvenuotas. 1997 m. žurnale "Science" buvo paskelbtas visas E. coli K12 genomas.

Ilgalaikiai evoliucijos eksperimentai su E. coli, kuriuos 1988 m. pradėjo Ričardas Lenskis, leido tiesiogiai stebėti didelius evoliucijos pokyčius laboratorijoje.

Kiti modeliniai organizmai

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra organizmo modelis?


A: Modelinis organizmas - tai ne žmogaus rūšis, kuri daugelį metų tiriama siekiant suprasti pagrindinius biologinius reiškinius.

K: Kodėl tiriami modeliniai organizmai?


A: Modeliniai organizmai tiriami siekiant sukaupti daug žinių apie juos, kad būtų galima suprasti, kaip veikia kiti organizmai.

K: Kokių vilčių teikia atradimai, padaryti su modeliniais organizmais?


A.: Tikimasi, kad atradimai, padaryti su modeliniais organizmais, leis suprasti, kaip veikia kiti organizmai.

K: Kaip modeliniai organizmai naudojami bandymams su gyvūnais?


A. Modeliniai organizmai plačiai naudojami bandymuose su gyvūnais, siekiant ištirti galimas žmonių ligų priežastis ir gydymo būdus, kai eksperimentuoti su žmonėmis būtų neįmanoma arba neetiška.

K.: Kas leidžia bandymuose su gyvūnais naudoti modelinius organizmus?


A.: Bandymuose su gyvūnais galima naudoti modelinius organizmus, nes visi gyvi organizmai yra panašūs.

K: Kodėl visi gyvi organizmai yra panašūs?


A.: Visi gyvi organizmai yra panašūs dėl bendros kilmės ir dėl to, kad evoliucijos eigoje išliko medžiagų apykaitos ir vystymosi keliai bei genai.

K: Kuo naudingas medžiagų apykaitos ir vystymosi būdų bei genų išsaugojimas evoliucijos eigoje?


A.: Evoliucijos eigoje medžiagų apykaitos ir raidos būdų bei genų išsaugojimas naudingas tuo, kad dėl to gyvieji organizmai yra panašūs, o tai savo ruožtu leidžia naudoti modelinius organizmus bandymams su gyvūnais.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2025 - License CC3