Dostępne informacje o zasobach genomu myszy i szczura, włączając sekwencje, mapowanie i informacje o klonowaniu, jak również odnośniki do szczepu i zasobów mutantów.
Co to jest organizm modelowy?
W ciągu ostatniego wieku, badania nad niewielką liczbą organizmów odegrały kluczową rolę w promowaniu zrozumienia wielu procesów biologicznych.
Dzieje się tak, ponieważ wiele aspektów biologii wykazuje podobieństwo u większości lub wszystkich organizmów, ale często są o wiele łatwiejsze do badania, szczególnie w jednym organizmie niż w innych. Te często badane organizmy są powszechnie określane jako wzorowe organizmy, ponieważ każdy z nich ma jedną lub więcej cech, które sprawiają, że nadaje się on do badań laboratoryjnych.
Najbardziej popularne modele organizmów mają silne korzyści dla badań eksperymentalnych, takich jak szybki rozwój w krótkim cyklu życia, mały rozmiar osobników dorosłych, dostępność i ustępliwość, mogą nawet stać się bardziej przydatne w pracy wielu innych naukowców.
Z tych organizmów można uzyskać dużą ilość informacji, które pośrednio dostarczają cennych danych do analizy normalnego rozwoju człowieka; procesów regulacji genów, chorób genetycznych i procesów ewolucyjnych.
Modele ssaków
Ssaki łączy wiele podstawowych funkcji biologicznych, takich jak regulacja podziału komórek, rozwój organów i odpowiedzi immunologicznej.
Mysz jest najbliższym modelem organizmu ssaków odpowiadającemu ludziom. Sekwencje genów, kodujące liczne białka odpowiedzialne za wykonywanie ważnych procesów biologicznych, zarówno u ludzi i myszy, prezentują wysoki stopień podobieństwa.
W związku z tym, mysz okazała się niezwykle przydatna w badaniach rozwoju, genetycznych i immunologicznych. Wyjaśnienie sekwencji genomu myszy umożliwia również studiowanie i zrozumienie chorób u ludzi, jak również mechanizmy badające nowe strategie leczenia w sposób, który nie może być dokonywany w ludzi.
Szczur jest głównym modelowym organizmem do wyjaśniania powiązań funkcji genów. Duża liczba modelowych, krzyżowanych wsobnie szczurów, dostarcza dużej ilości danych, ważnych dla badań nad ludzkim zdrowiem i chorobami. W niektórych przypadkach, określone aspekty ludzkich chorób są dobrze odtwarzane tylko u szczurów, dzięki czemu zwierzęta te stanowią unikalne źródło dla badania i identyfikacji genetycznej ścieżek prowadzących do ludzkich chorób. Szczur jest również modelem dla wielu badań fizjologicznych, związanych z funkcjami serca i naczyń, drogami oddechowymi, metabolizmem, neurologiczną kontrolą, wiekiem i różnicami związanymi z płcią oraz badaniami dotyczącymi nadciśnienia tętniczego i transdukcji sygnału.
Dostępne genomowe informacje pochodzące z różnorodnych organizmów modelowych nie będących ssakami, włączając S. cerevisiae (drożdże), Caenorhabditis elegans (wolnożyjący nicień), Drosophila melanogaster (muszka owocowa), Danio rerio (danio pręgowany) jak również wiele innych.
Co to jest organizm modelowy?
W ciągu ostatniego wieku, badania na niewielką liczbą organizmów odegrały kluczową rolę w promowaniu zrozumienia wielu procesów biologicznych. Dzieje się tak, ponieważ wiele biologicznych aspektów wykazuje podobieństwo u większości lub wszystkich organizmów, ale często jest o wiele łatwiejsza do badania, w szczególności w jeden organizmie niż w innych. Te najchętniej badane organizmy są powszechnie określane jako wzorcowe organizmy, ponieważ każdy z nich ma jedną lub więcej cech, które sprawiają, że nadaje się on do badań laboratoryjnych.
Najbardziej popularne modele organizmów mają silne korzyści dla badań eksperymentalnych, takich jak szybki rozwój w krótkim cyklu życia, mały rozmiar osobników dorosłych, dostępność i ustępliwość, mogą nawet stać się bardziej przydatne w pracy wielu innych naukowców.
Z tych organizmów można uzyskać dużą ilość informacji, które pośrednio dostarczają cennych danych do analizy normalnego rozwoju człowieka; procesów regulacji genów, chorób genetycznych i procesów ewolucyjnych.
Modele nie odnoszące się do ssaków.
Każdy z modelowych organizmów nie będących ssakiem opisany poniżej, ma swoje zalety dla badania niektórych procesów biologicznych zachodzących u ssaków, a przynajmniej dla większości znaczących zasobów genomu zostały lub są w trakcie opracowywania.
Archaea to tylko niektóre z bardzo fascynujących organizmów na ziemi. Dawniej były one zaliczane do bakterii, ale w ostatnich pracach wykazano znaczne różnice. Archaea są unikalne z dwóch powodów. Po pierwsze, stanowią one najbardziej prymitywne organizmy jakie dotychczas odkryto i stwierdzono znaczne podobieństwo do niektórych z pośród pierwszych znanych skamieniałości. Po drugie, żyją w najbardziej ekstremalnych środowiskach na Ziemi, stąd pseudonim "extremophiles ". Pomyślnie i szybko rozwijające się badania prowadzone na komórkach extremophiles, stają się przydatne w takich dziedzinach, jak bioremediacja, globalne zmiany klimatyczne, biotechnologia i produkcja energii. Ponadto, chociaż archaea przypominają bakterie i posiadają niektóre geny, które są podobne do genów bakterii, mają także inne geny, które przypominają eukaryotes oraz niektóre geny, które wydają się być unikatowe. Nieujawnione badania tych genów mogą dostarczyć nowych wskazówek dotyczących początku ewolucji życia na ziemi.
Mikroby stanowią około 60% masy planety.
Przetrwały one i ewoluowały na Ziemi przez ponad 3,7 miliarda lat, zostały znalezione w niemal każdym środowisku. Różnorodność i zakres dostosowania środowiska oznacza, że mikroorganizmy dawno temu "rozwiązały " wiele problemów, których rozwiązań nadal aktywnie poszukują naukowcy. Ponadto, większość mikroorganizmów nie odpowiada za choroby u ludzi, zwierząt lub roślin. Dlatego też, przez studia i zrozumienia różnorodnych grup mikroorganizmów na poziomie genomu, naukowcy mogą rozwijać odpowiedzi na istniejące wyzwania w dziedzinie medycyny, rolnictwa, procesów przemysłowych, produkcji i wykorzystania energii, ochrony środowiska i unieszkodliwiania odpadów.
Muszka owocowa Drosophila melanogaster była wykorzystywana jako organizm modelowy do badań przez prawie wiek i jest uważana za atrakcyjny system z wielu powodów, w tym łatwość manipulacji genetycznych, stosunkowo niski koszt i biologiczne złożoności porównywalne do tych u ssaków. Drosophila mają wiele dobrze zachowanych homologicznych układów narządowych występujących u ssaków. Dzięki badaniom Muszki owocowej powstają nowe spojrzenia na formy nowotworów, chorób neurodegeneracyjnych, zachowania, odporności, starzenia, multigenetycznego dziedziczenia i rozwoju.
W odpowiedzi na rosnące globalne występowania malarii, międzynarodowe wysiłki zmierzają do sekwencjonowania i analizy kodów genetycznych Plasmodium falciparum i Plasmodium vivax głównych sprawców przenoszenia chorób przez komary. Wysiłki w zakresie projektu obejmującego sekwencjonowanie każdego z chromosomów pasożyta zmierzają do rozwoju nowych narzędzi do badania ekspresji nowo zidentyfikowanych genów.
Caenorhabditis elegans, mały wolnożyjący w glebie nicień, najlepiej charakteryzuje wielokomórkowe zwierzęta na poziomie genomiki, genetyki, embriologii, komórki i neurobiologii, a jego genom jest w pełni zsekwencjonowany. C. elegans jest unikalnym modelem wśród organizmów, które mogą być hodowane i manipulowane genetycznie z prędkością i łatwością mikro-organizmów, jednocześnie oferując cechy prawdziwego zwierzęcia. C. elegans posiada pełen zestaw organów, ma złożony system czuciowy, wykazuje skoordynowane zachowanie, wyróżniający się fakt, to możliwość śledzenia pochodzenia każdej z jego składowych około 1000 komórek. Ponadto morfologia, rozwój i funkcja każdej z jego komórek została zmapowana bardzo szczegółowo.
Retrowirusy to niezwykłe formy wirusa zdolne do zarażenia szerokiego zakresu kręgowców, powodują wiele chorób takich jak zapalenie płuc, białaczka i AIDS. Retrowirusy mają podstawowe własności których inne rodziny wirusów nie posiadają. Są one wirusami RNA które normalnie przetwarzają ich kwas nukleinowy na DNA które to później wstrzykiwane do genomu komórki macierzystej. Umożliwia to im dwa tryby transmisji. Mogą być zarówno czynnikami zakaźnymi, które rozprzestrzeniają się poziomo (w ciągu jednego pokolenia) i normalnymi składnikami genetycznymi, które rozprzestrzeniają się w Mendelian fashion (pionowo między pokoleniami).
Wirusy są ważne w badaniach z biologii molekularnej i komórkowej, ponieważ przewidują one proste systemy, które mogą być wykorzystywane do manipulowania i badania funkcji wielu rodzajach komórek. Liczne badania wykazały użyteczność zwierzęcych wirusów jako sond w celu zbadania różnych aktywności komórek eukariotycznych. Inne przykłady, w których wirusy zwierzęce dostarczyły ważnych modeli dla badań biologicznych ich komórek gospodarza obejmujących badania DNA replikację, transkrypcję, przetwarzanie RNA i transport i białka.
Saccharomyces cerevisiae, powszechnie znane jako drożdże piekarnicze lub browarnicze, zostały wykorzystane w badaniach naukowych na bardzo długi czas. Kompletną sekwencję genomu S. cerevisiae (szczep laboratoryjny S288C) uzyskano na wiosnę 1996 r., czyniąc drożdże pierwszym eukariotycznym organizmem, który zsekwencjonowano w całości. Pełna sekwencjia genomu okazała się niezwykle użyteczna jako odniesienie do wydobycia sekwencji ludzkiego i innych wyższych genów eukariotycznych. Ponadto łatwość manipulacji genetycznych u drożdży pozwala na ich wykorzystanie do wygodnej analizy i funkcjonalnego rozdzielania produktów genów pochodzących z innych eukaryota.
Danio pręgowany Danio reri, jest używany jako organizm modelowy ze względu na swoje niewielkie rozmiary, krótki cykl życia, łatwość hodowli i zdolność do częstych mutacji istotnych dla ludzkiego zdrowia i chorób. Rozwój zarodkowy u D. reri może być obserwowany przez przejrzyste jaja i ściśle nawiązuje do wyższych kręgowców, co jest przydatne do badania rozwoju i mutacji. Inne wspólne z człowiekiem cechy to krew, nerki i system optyczny. Ponadto, jego genom stanowi połowę wielkości mysiego i ludzkiego genomu, co jest cenne w identyfikacji kluczowych genów kręgowców.
Społeczny Dictyostelium discoideum grzyb należący do gromady śluzorośla jest potężnym organizmem modelowym ze względu na szybki czas powstawania, łatwość odwrotnej genetyki oraz łatwość użycia w badaniu wielu dziedzin biologii komórkowej i molekularnej. Komórki Dictyostelium rosną jak u jednokomórkowych organizmów, ale w przypadku wygłodzenia, łączą się i tworzą tkanki wielokomórkowe zdolne do zróżnicowania w wiele typów komórek. Podczas swojego programu rozwoju, grzyby te wykorzystują wiele procesów komórkowych, aby ostatecznie utworzyć zarodniki-owocniki, te procesy to chemotaksje, rearanżacje cytoszkieletu, transdukcjia sygnału, sortowanie komórek i wzorzec tworzenia. Ponieważ cykl składa się z obu faz jednokomórkowej i wielokomórkowej, Dictyostelium zapewnia wgląd w procesy potrzebne do wielokomórkowości.
Arabidopsis thaliana jest to niewielka roślina kwitnąca. Należy do rodziny kapustowatych, która obejmuje gatunki, takie jak brokuły, kalafior, kapusta, rzodkiewka. Ponieważ Arabidopsis ma mały genom w stosunku do innych roślin uprawnych i łatwo rośnie w warunkach laboratoryjnych, stała się organizmem wybieranym do podstawowych badań z genetyki molekularnej kwitnienia roślin. Naukowcy oczekują, że systematyczne badania Arabidopsis zaowocują ważnymi korzyściami dla podstawowych badań z genetyki i biologii molekularnej oraz naświetleniem licznych cech biologii roślin, w tym istotne znaczenie dla rolnictwa, energii, środowiska i zdrowia ludzkiego.