Pomocnicy w pracy naukowca – organizmy modelowe

Widząc kolejną muszkę owocówkę w kuchni lub używając drożdży piekarniczych do ulubionego ciasta, mało kto wie, jak bardzo organizmy te przyczyniły i stale przyczyniają się do rozwoju nauki. To one między innymi pozwoliły na zrozumienie podstaw funkcjonowania i rozwoju organizmów.

Organizm modelowy to gatunek, który reprezentuje określoną grupę – rodzaj, rząd czy królestwo. Nie może to być „pierwszy z brzegu” organizm, który akurat wyjątkowo przypadł nam do gustu. Musi on posiadać określone, pożądane cechy, które ułatwią i przyspieszą prowadzone z jego udziałem badania naukowe, czyli:

– Mały rozmiar, aby można go było bez przeszkód przechowywać w laboratorium;

– Krótki cykl życiowy, co pozwala na analizę wzorów dziedziczenia na przestrzeni kilku dni lub miesięcy;

– Łatwość i taniość hodowli, takiej która nie pochłonie środków na całość badań;

– Duża liczba potomstwa – ważne z perspektywy analiz genetycznych;

– Mały i poznany genom;

– Niepatogenność, umożliwiającą bezpieczną pracę badaczom;

– Brak problemów etycznych. 

Dodatkowo kluczowym aspektem, jeśli chodzi o wybór organizmu modelowego, jest dostępność informacji i technik badawczych, co znacznie usprawnia i przyspiesza prace naukowe. 

Każdy ze znanych organizmów modelowych – zaczynając od bakterii Escherichia coli, a kończąc na myszy domowej – w znacznym stopniu przyczynił się do rozwoju nauki, a także miał znaczący wpływ na rozwój współczesnej diagnostyki i medycyny. Jednym z ciekawych przykładów jest Drosophila melanogaster – popularnie zwana muszką owocówką, w której genomie znajdziemy 75% procent genów odpowiedzialnych za powstawanie chorób u ludzi. Stąd okazała się być niezwykle przydatna w pracy genetyków i neurobiologów. Co więcej, badania z wykorzystaniem muszki owocowej pozwoliły na odkrycie podstaw mechanizmów rządzących rytmem dobowym czy też przyczyniły się do poznania funkcji niektórych genów, np. genu p53 odpowiedzialnego za hamowanie rozwoju nowotworów i genu Indy nazwanego genem długowieczności.

Kolejnym, bardziej znanym i kojarzonym z zagadnieniem, organizmem modelowym jest mysz domowa. Pod względem biologicznym i genetycznym bliżej nam do myszy niż do innych z przedstawionych przykładów, dlatego też wykorzystuje się ją do badań bardziej skomplikowanych i złożonych jednostek chorobowych, takich jak nowotwory czy nadciśnienie tętnicze. 

Warto zaznaczyć, że oprócz tych bardziej skomplikowanych wielokomórkowych organizmów, dużą popularnością cieszą się również te mniejsze – drożdże piekarnicze Saccharomyces cerevisiae i wspomniane już wcześniej bakterie Escherichia coli. Można zadać pytanie, jak badania, które są prowadzone na tak niewielkich i na pierwszy rzut oka prostych organizmach, można następnie odnieść do zagadnień związanych z człowiekiem.

Mimo tego iż drożdże to organizmy jednokomórkowe i z zewnątrz wiele nas różni, to analiza ich procesów wewnątrzkomórkowych i genów wykazujących podobieństwo do ich ludzkich odpowiedników umożliwiły badania nad cyklem komórkowym, regulacją ekspresji genów, mechanizmami naprawy DNA czy nawet nad zagadnieniem starzenia. Natomiast bakterie E. coli, lokatorki końcowego odcinka naszego jelita, przyczyniły się do poznania kluczowych reakcji i procesów, tj. replikacji DNA, transkrypcji czy translacji. Dodatkowo są powszechnie wykorzystywane przez firmy farmaceutyczne i biotechnologiczne do produkcji leków, insuliny czy hormonu wzrostu. 

Ciężkie byłoby życie naukowca bez organizmów modelowych, swego rodzaju pomocników i towarzyszy badań naukowych. Więcej smaczków w temacie i rzutu oka (a właściwie ucha) na eksperymenty w laboratorium znajdziecie w podcaście audycji Na Synapsach:

Marta Gil