Modelni organizmi Vježba 4. Kolegij Molekularna biologija s genetikom Studij Farmacija
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