modellorganismar

Modellorganismar er bakteriar, sopp, planter og dyr nytta av forskarar for å forstå biologiske prinsipp. Forsking på modellorganismar kan gi svar på spørsmål knytt til evolusjon, DNA, celledeling, kommunikasjon mellom celler, celledød, cellevandring, utvikling av hjernen, fosterutvikling, sjukdom og effekten av potensiell ny behandling.

Når forskingslaboratorium over heile verda nyttar same modellorganisme, kan dei samanlikne og støtte seg på kvarandre sine resultat. Svært mykje av kunnskapen om menneskekroppen og humane sjukdommar kjem frå oppdagingar frå dei ulike modellorganismane.

Utvalet av modellorganismar representerer hovudgreiner på evolusjonstreet, frå bakteriar til soppar, insekt, plantar, amfibiar, fisk og pattedyr.

Cellulære prosessar i menneskeceller er svært komplekse, men er ofte enklare å kartlegge i celler hos ein modellorganisme. Modellorganismane er ofte godt studerte, og det er relativt enkelt å lage mutantar for å studere effekten av ulike gen eller protein. Funna frå forsking på modellorganismane gir ofte grunnlag for vidare studiar i menneskeceller.

Lova om dyrevelferd regulerer forskinga med mange av modellorganismane, slik som honningbier, fisk, mus, rotter og dei større pattedyra, og set store krav til trygge og etisk forsvarlege eksperiment. Forsking med modellorganismar vert også regulert av bioteknologilova og genteknologilova for å sikre at genmodifiserte organismar ikkje skal påverke det naturlege mangfaldet eller vere til skade for menneske.

Av dei prokaryote organismane er det Escherichia coli som er den mest vanlege modellorganismen. På laboratoriet, som i menneskekroppen, treng dei om lag 37 grader celsius for å trivast, og får næring frå eit vekstmedium, anten i flytande form eller som ein gele på ei plate. E. coli deler seg ein gong kvar 20. minutt, og er svært nyttig for eksperiment knytt til reparasjon og kopiering av DNA-et, samt for å forstå grunnprinsippa for transkripsjon og translasjon.

Arkar kan også brukast som modellorganismar, og fleire artar vert dyrka på laboratorium for å studera deira unike biokjemiske syntesevegar som gjer dei i stand til å leve i ekstreme miljø.

Dei to gjærsoppane Saccharomyces cerevisiae og Schizosaccharomyces pombe er begge eukaryotar, og har kjernemembran som beskyttar DNA-et. Dei vert ofte nytta til forsøk for å kartlegge detaljane i cellesyklusen. Det er enkelt å utføre genetiske endringar og lage mutantar av gjærsoppane, og dei deler seg kvar andre til fjerde time.

S. cerevisiae (på engelsk budding yeast) deler seg ved at ei moden celle lagar ein liten utvekst på enden. Utveksten blir gradvis større, og får slutt med seg ein kopi av DNA-et før dei to cellene skil lag. S. pombe (på engelsk fission yeast) deler seg ved å lage ein ny cellemembran på midten av ei langstrakt celle.

Det er fleire skilnader mellom dei to artane, til dømes er S. cerevisiae diploid og har 16 kromosom, medan S. pombe oftast er haploid og har 3 kromosom. Kunnskap frå forsking med dei to bidreg på ulike måtar til å forstå pattedyrceller.

Planteforskarar nyttar stort sett vårskrinneblom (Arabidopsis thaliana) som modellorganisme. Vårskrinneblom er ein tofrøblada plante med fordelar som eit lite genom, korte generasjonstider, lett å drive fram i laboratorium, og ho kan enkelt bli transformert med nye gen. Men ikkje alle plantegrupper vert representert like godt med vårskrinneblom som modellorganisme. Ris (Oryza sativa) vert nytta som modellorganisme for dei einfrøblada plantene. Denne planta har mange av dei same fordelane som vårskrinneblom, og genoma til desse to plantene vert nytta til å studere biologiske og evolusjonære likskapar og ulikskapar mellom einfrøblada og tofrøblada plantar.

Cellene til C. elegans er gjennomsiktige, så celleaktiviteten kan lett overvakast. 

C. elegans av Bob Goldstein/UNC Chapel Hill. CC BY SA 3.0

Den om lag éin millimeter lange nematoden Caenorhabditis elegans er blant dei organismane me veit mest om i heile dyreriket. Ute i naturen lever han i jord, men han trives og godt i laboratoriet i petriskåler med agar som næring. Kroppen til ein vaksen C. elegans er samansett av færre enn 1000 (somatiske) celler og forskarane veit nøyaktig kva rekkefølgje dei ulike kroppscellene utviklar seg i. C. elegans manglar ryggrad, hjarte og sirkulasjonssystem, men har nerve- og muskelceller, samt eit tarmsystem. Cellene er gjennomsiktige, så celleaktiviteten kan lett overvakast. C. elegans er ein mykje nytta modellorgansime for studiar innan genetikk og fysiologi.

Bananfluga (Drosophila melanogaster) er rekna som klassikaren for forskarar som nyttar modellorganismar, og vert i dag nytta for å forske på alt frå grunnleggande biologiske prinsipp (til dømes celledeling) til behandling av menneskelege sjukdommar (til dømes kreft og Alzheimer's). Bananfluga har kort generasjonstid (om lag ti dagar ved romtemperatur), er enkel og billig å oppbevare i laboratoriet, og er veleigna for presis og kompleks genetisk manipulering.

Dei siste åra har forskarar også starta forske på andre insekt, som sommarfuglar og grashopper, for å kartlegge evolusjonære endringar og tilpassingar i ulike artar.

Amfibiar utgjer ei viktig gruppe modellorganismar for studiar innan utviklingsbiologi, genetikk, toksikologi og immunologi. Amfibiar legg ofte mange og store egg. Dette gjer dei særskilt skikka for studiar av korleis celler er internt organisert.

Egg og embryo frå sporefrosk (Xenopus laevis) er svært populære for å studere regulering av DNA, samt for studiar av cellebiologi og embryologi. Froskeegga er om lag ein millimeter i diameter, er enkle manipulere og kan observerast under eit mikroskop. For å kartlegge dei biokjemiske prosessane som styrer cellesykelen in vitro, er det vanleg å nytte ekstrakt frå froskeegga. Sporefrosken er tetraploid og vert kjønnsmoden etter eitt til to år, noko som gjer den lite gunstig for genetisk modifisering i laboratoriet. For å utføre genmodifisering nyttar nokre forskarar i staden ein diploid sporefrosk med kortare generasjonstid, arten Xenopus laevis.

Axolotl (Ambystoma mexicanum) har blitt nytta som modellorganisme i meir enn 100 år og er framleis blant dei hyppigast nytta salamanderartane til studiar innan embryologi, cellebiologi og aldring. Arten kan ha fleire generasjoner per år i eit laboratorium, noko som ikkje er vanleg blant andre artar salamander. Axolotl har gjennomsiktige egg som er større enn egg frå frosk, noko som er ein fordel for å studere korleis embryo utviklar seg. Arten vert difor mykje nytta i studiar av korleis celler utviklar og differensierer seg i løpet av organismen si utvikling. Axolotl kan regenerere tapte lemmar og anna vev som har blitt skada, og studiar av arten har økt forskarane sin kunnskap om utvikling av lemmar hos vertebratar.

Den litle og hardføre sebrafisken (Danio rerio) har blitt nytta som modellorganisme sidan 1960-tallet. Spesielt viktig har arten vore i studiar av vertebratar sin embryologi. Viktige årsakar til at sebrafisken har blitt ein viktig modellorganisme er at han produserer hundrevis av avkom per veke og at individa veks i eit forrykande tempo samanlikna med dei fleste andre vertebratar. Egga vert naturleg befrukta utanfor kroppen til mora. Dette, i kombinasjon med at embryo frå sebrafisk er nesten gjennomsiktig, gjer arten til ein ideell modellorganisme for studiar innan embryologi.

Sebrafisk og menneske deler om lag 70 prosent av dei same genane, og det er ikkje uvanleg at mutasjonar i eit og same gen hos menneske og sebrafisk resulterer i dei same sjukdommane. Studiar av sebrafisk har vært svært nyttige for å forstå mange av prosessane bak viktige sjukdommar som rammer menneske, som for eksempel kreft.

Trepigga stingsild (Gasterosteus aculeatus) er blant dei mest studerte fiskeartane innan evolusjonsbiologi. Grunnen er at arten er eit godt dokumentert eksempel på ein adaptiv radiasjon, fenomenet der mange populasjonar innan ein art endrar seg raskt ved å tilpasse seg til nye levemiljø.

I innsjøar langs kysten over heile den nordlige halvkule er det vanleg å finne ferskvatnpopulasjonar av trepigga stingsild. Desse populasjonane stammar alle frå en marin populasjon som framleis eksisterer i havet. I tida etter siste istid blei det danna mange innsjøar då landmassar heva seg, og mange av desse innsjøane vart kolonisert av marine stingsild som raskt tilpassa seg eit liv i ferskvann. Ferskvatnpopulasjonane av trepigga stingsild har ofte ein litt anna morfologi enn den marine varianten av arten, noko som forklarast med lokale tilpassingar til eit liv i innsjøar.

Mus og rotter si genetikk, fysiologi og anatomi er relativt lik den me menneske har. Og så har dei kort generasjonstid og får mange avkom.

Mus musculus av A. J. Cann. CC BY NC 2.0

Målet med medisinsk forsking er ofte å betre forstå korleis menneske fungerer, som til dømes korleis ulike sjukdomar oppstår og kan behandlast. I slike høve er det eit poeng at modellorganismane forskarane nyttar har ei fysiologisk og anatomisk oppbygning som liknar mest mogeleg på oss menneske. Når pattedyr vert nytta i forsking er det difor ei forventning om at innsikt frå eksperiment på desse vil kunne gi nyttig kunnskap om det same fenomenet i menneske.

Mus og rotter er blant dei mest nytta modellorganismane av pattedyr. Mus og rotter sin genetikk, fysiologi og anatomi er relativt lik den me menneske har. Mus og rotter har og ei rask generasjonstid. Dei får og mange avkom. At mus og rotter er små gjer det mogleg å ha plass til mange av dei i eit laboratorium.

Husmus (Mus musculus) har vore den mest populære modellorganismen i medisinske studiar dei siste hundre åra. Husmusa nyttast ofte i forsking på genetiske sjukdommar og er svært viktig i testing av nye medisinar.

Rhesusapar (Macaca mulatta) er ein viktig modellorganisme innan studiar av immunologi, nevrologi, åtferdsbiologi, endokrinologi og mykje meir. Arten har blitt studert i meir enn 50 år. Ser me bort i frå menneske er det rhesusapane sin biologi me kjenner best av alle primatar. Primatar er nærare i slekt med menneske enn mus og rotter, og kunnskap om apar vil difor ofte væra til stor hjelp for å betre forstå menneske.

Foreslå endringer i tekst

Foreslå bilder til artikkelen

Kommentarer

Har du spørsmål om eller kommentarer til artikkelen?

Kommentaren din vil bli publisert under artikkelen, og fagansvarlig eller redaktør vil svare når de har mulighet.

Du må være logget inn for å kommentere.