Modelni organizmi

Vježba 4. Kolegij Molekularna biologija s

genetikom Studij Farmacija

Modelni organizmi

• Bakterije, Escherichia coli • Virusi • Kvasac, Saccharomyces cerevisiae • Oblić, Caenorhabditis elegans • Cvjetnica, Arabidopsis thaliana • Vinska mušica, Drosophila melanogaster • Žaba, Xenopus laevis • Riba zebrica, Danio rerio • Miš, Mus musculus

• jednostavno i jeftino održavanje u laboratoriju

• kratko generacijsko vrijeme

• veliki broj potomaka

• relativno malen i jednostavan genom

• pogodan za primjenu modernih istraživačkih metoda i

manipulaciju (križanja, matične stanične linije, unos

genetskog materijala)

• “dostupnost” i količina stanica i tkiva

• sekvenciranje genoma i baze podataka

Zajedničke karakteristike

Modelni organizam Dužina

genoma u Mbp (106)

Broj gena

(x103)

Broj molekula DNA

Postotak homologije s čovjekom

Escherichia coli 4,6 4,6 1 7%

Kvasac Saccharomyces cerevisiae

13 6,3 16 23%

Oblić Caenorhabditis elegans

100 19 6 21%

Cvjetnica Arabidopsis thaliana

115 28 5 26%

Vinska mušica Drosphila melanogaster

180 13 4 36%

Riba zebrica Danio rerio

1.800 30 25 85%

Miš Mus musculus

2.600 30 20 90%

(čovjek) 3.200 25 23 100%

Bakterije

http://commons.wikimedia.org

• Prokariotski model

• Gram negativna, stapićasta bakterija, 1x2µm

• Brzo i jednostavno razmnožavanje, dioba 20 min, sve jedinke jednake

• Genom sekvenciran 1997.

• Jednostavna genetička manipulacija

• Jednostavan uzgoj bakterija u laboratoriju

• Rast na krutim i tekućim podlogama

• Plazmidi

• osnovni životni procesi (sinteza DNA, RNA, proteina)

• metabolizam, struktura stanice

• infektivne bolesti biljaka i životinja

• evolucija (“mini-evolucija”) i adaptacija na ekstremne uvjete okoline

Kvasac, Saccharomyces cerevisiae

www.microbiologyonline.org.uk

www.fotolia.com

• Jednostanični eukariotski organizmi, 5-10 µm

• Jednostavan uzgoj u laboratorijskim uvjetima, rast na krutim i tekućim podlogama

• Brzo razmnožavanje, dioba 2 sata

• Razmnožavanje spolno (mejoza, haploidne spore) i nespolno (pupanje)

• Jednostavne genetičke manipulacije

• kontrola staničnog ciklusa i diobe

• genska regulacija i kromosomska struktura

• model za unutarstanične procese: sekreciju, degradaciju proteina, biogenezu membrana, funkciju citoskeleta, lokalizaciju RNA

• starenje i diferencijacija

Oblić, Caenorhabditis elegans

www.imsc.res.in

http://www.biologie.ens.fr/bcsgnce/

bsra.org.uk

• Model za višestanične organizme, sadrži 959 stanica s 300-1000 zametnih stanica, hemafroditi, imaju razvijen živčani sustav, prozirni organizam

• Jednostavan za održavanje – uzgaja se na agar ploči i hrani se s E. Coli

• Generacijsko vrijeme – 3 dana, životni vijek 2-3 tjedna

• Brza i jednostavna genetika

• Kontrola programirane stanične smrti

• Mehanizmi diferencijacije i razvoj pojedinih organskih sustava

• Dioba stanice, starenje

• Intereferirajuća RNA

Vinska mušica, Drosophila melanogaster

www.funsci.com

www.open.ac.uk

• razvojna biologija

• diferencijacija živčanog, mišićnog sustava i srca

• genetska kontrola ponašanja

• genetika, genomika, mutantni fenotipovi, transgenične životinje

• 2/3 ljudskih bolesti

• efekti lijekova, pesticida, alkohola

• Među prvim modelnim organizmima – osnova klasične genetike (Morganovi eksperimenti – kromosomska teorija nasljeđivanja)

• Jednostavan uzgoj u laboratoriju – jeftin uzgoj

• Kratki reprodukcijski ciklus – 2 tjedna, puno potomaka – 100

• Genom sekvenciran 2000 god

• Jednostavna genetička manipulacija – knock-out sojevi za sve gene

Cvjetnica, Arabidopsis thaliana

joehort550.weebly.com

www.picstopin.com

• Biljni modelni organizam

• Jednogodišnja zeljasta biljka

• Životni ciklus – 8-10 tjedana

• Mali genom s malo repetitivne DNA

• Veliki broj potomaka – do 10 000 sjemenki

• Samooplodnja – čiste linije

• Mogućnost uzgoja u laboratoriju na umjetnoj hranjivoj podlozi

• Jednostavno križanje linija, lakoća dobivanja mutanti, transformacija

www.isb.vt.edu

• Identifikacija gena uključenih u biljni rast i razvoj

• Usporedba biljnih i životinjskih molekularnih mehanizama

Žaba, Xenopus laevis

• Veliki embriji i oocite (1 mm), lako se manipuliraju i injiciraju, mogućnost jezgrene transplantacije i transgeničnih jedinki

• na tisuće jaja, jaja izvan majke, vanjski razvoj embrija

• Komplicirana genetska manipulacija – poliploidi

• Spolno zreli tek s godinu dana, dug period sazrijevanja jaja

• Genom sekvenciran

khokha.medicine.yale.edu www.xlaevis.com

• stanični ciklus

• diferencijacija i embrionalni razvoj

• struktura kromosoma i stanični procesi

Riba zebrica, Danio rerio • Model za istraživanje kralješnjaka, pogotovo

embrionalnog razvoja, toksikološka ispitivanja

• Jednostavan uzgoj i brzo razmnožavanje (životni ciklus 3 mjeseca)

• Veliki broj prozirnih embrija (oko 150 oplođenih jajašaca), vanjska oplodnja

• Jednostavno genetička manipulacija - mikroinjektiranje

– Kratkotrajna ekspresija (mRNA) ili utišavanje (morfolino) gena (2-3 dana)

• Transgenične linije – GFP proteini

8 stanice 24 sata

48 sata

Miš, Mus musculus

• Model za sisavce, veličinom genoma i složenosti organizma najsličniji čovjeku

• Spolna zrelost 2 mjeseca, 10 potomaka

• Genom sekvenciran 2002. god

• Genetska manipulacija – knock-out i transgenične linije (skupa, spora i složena istraživanja), veliki broj sojeva

• Embriogeneza i razvoj pojedinih tkiva

• Funkcija imunog sustava i njegov razvoj

• Nastanak i razvoj mozga i živčanog sustava

• Modeli humanih bolesti

www.geochembio.com

www.geekosystem.com