Yaşam modelleri Understand article

Model organizmalar (mayalar, solucanlar, sinekler ve fareler) araştırmacıların yaşamın sırlarını araştırmasına yardımcı olur.

Bir model düşündüğümüzde, genellikle orijinal modelden daha küçük ve daha basit bir şey düşünürüz (örneğin büyük ölçekli bir demiryolu veya klasik bir otomobilin cep boyutunda ki bir versiyonunu). Ancak modeller her zaman oyuncak değildir: haritalar bir peyzajın ayrıntılarını kodlayan modellerdir ve mimarlar ve mühendisler fikirlerini tam ölçekli uygulamaya koymadan önce test etmek için modeller oluştururlar.

Onlarca yıldır moleküler biyologlar, benzer bir şekilde insanlar da dahil olmak üzere daha karmaşık türler yerine daha basit organizmaları inceleyen modeller kullandılar. Bu tür model organizmalar genellikle modellemek için kullanıldıkları türlerden oldukça farklı görünmektedir. Örneğin, Caenorhabditis elegans (genellikle C. elegans olarak bilinir) sadece bir milimetre uzunluğunda bir kurtçuktur ve yaşam tarzı ve görünümü tabii ki, moleküler ölçekte henüz insanlarınkine benzemezken, yaşamın birçok temel sürecini bizimle paylaşır. C. elegans‘ı incelemek, sadece bu tür için değil, diğerleri için de geçerli olan birçok önemli bulguya yol açmıştır. Örneğin, araştırmacılar Alzheimer hastalarının beyinlerinde biriken moleküller olan beta-amiloid peptidlerin etkilerini incelemek için C. elegans‘ı kullandılar. Bu, bu hastalığın altında yatan bazı moleküler mekanizmaların ortaya çıkmasına yardımcı olmuştur.

Farklı ama benzer

Türler arasında bu benzerliğin altında yatan sebep nedir? Birçok farklı türün genomlarının karşılaştırılması, çok sayıda önemli biyolojik fonksiyonun genlerinin evrim boyunca korunduğunu ve bakterilerden memelilere kadar çeşitli türlerde bulunduğunu ortaya koymuştur. Bu nedenle, solucanlar ve insanlar milyonlarca yıl önce ortak bir atadan ayrılsalar da, C. elegans genomunda kodlama yapan genlerin yaklaşık% 40’ının insanınkilerle benzerliği vardır.

Tek hücreli bir organizma olan Saccharomyces cerevisiae mayası belki de insanlardan daha uzaktır. Ancak bu model organizma kanser araştırmaları için hayati öneme sahiptir. Bunun nedeni, hücre döngüsünün hücrelerin büyüdüğü ve bölündüğü süreçler kümesinin yaşam için o kadar temel olmasıdır ki, maya da dahil olmak üzere tüm ökaryotik türlerde korunmuştur. Hücre döngüsü aynı zamanda kanser hücrelerinin nasıl çoğaldığı için de çok önemlidir, bu nedenle bu döngüyü mayada incelemek sadece temel bir yaşam süreci hakkındaki anlayışımızı arttırmakla kalmadı, aynı zamanda klinik faydalara da yol açtı.

İyi bir model organizmayı yapan nedir?

Her model organizmanın kendine özgü avantajları olmasına rağmen, çoğu model organizmanın paylaştığı bazı özellikler ve avantajlar vardır. Laboratuvar alanı sınırlı olduğu için bunlardan biri küçük boyutlarıdır. C. elegans burada yüksek puan alır, çünkü yaklaşık 10.000 C. elegans 10 cm çapında tek bir tabakta tutulabilir. Fakat, Escherichia coli bakterisinden laboratuvar faresi Mus musculus kadar belki de moleküler biyolojide kullanılan tüm model organizmaların paylaştığı en önemli özellik insanlara kıyasla çok kısa bir üretim (jenerasyon) süresidir. Örneğin C. elegans, embriyodan yetişkine sadece üç günde büyür ve sadece iki ila üç haftalık bir ömre sahiptir. Bu, birkaç nesli içeren deneylerin yıllar yerine haftalar içinde gerçekleştirilebileceği anlamına gelir.

Daha basit bir organizmayı model olarak kullanmak, genellikle deneyleri basitleştirdiği için kendi başına bir avantajdır. Örneğin, meyve sineği Drosophila melanogaster sadece dört çift kromozoma sahipken, insanlar 23 çift kromozoma sahiptir, bu nedenle Drosophila, genlerin nesiller boyunca nasıl iletildiğini incelemek için erken dönemde favori bir model organizma haline gelmiştir. Aynı zamanda genetiği davranışa bağlayan araştırmalar için de bir favoridir, çünkü insanlarla ve diğer memelilerle bazı önemli davranışsal genleri paylaşır. Örneğin, araştırmacılar sirkadiyen ritmi araştırmak için Drosophila‘yı kullanırlar. Ve bu bize (ve sienklere)  ne zaman uyanacağımızı veya uyuyacağımızı söyleyen karmaşık biyolojik bir mekanizmadır. Drosophila‘da uyku/uyanma davranışını insanlardan daha az etkileyen faktörler vardır, bu nedenle yararlı ve basitleştirilmiş bir model sağlar.

Genetik benzerlik bir başka önemli avantaj olabilir. Fare, yani Mus muskulus’un genomu, insan genomuna benzer boyuttadır ve hemen hemen her insan geninin bir fare karşılığı vardır, bu da bu türün özellikle insan hastalıkları için bir model olarak bu kadar yaygın kullanılmasının bir nedenidir. Ancak bazen, farklılık da bir avantaj olabilir: araştırmacılar, böbrekleri olmasa bile C. elegans’ı bilinen bir genetik nedeni olan bir insan böbrek hastalığını araştırmak için kullandılar. Bu durum, bu organizmanın genomuna yerleştirilen hatalı hastalığa neden olan insen geni ile bu organizmanın sağlıklı kalabileceğini ve insanlarda hasara neden olan biyokimyasal yolun çalışılmasına izin verebileceği anlamına geliyordu.

Sonuçta, bir model organizmanın diğerine göre tercih edilmesi, araştırmacıların araştırmak istediği özel soruya bağlıdır. Örneğin, C. elegans‘ın tamamen şeffaf gövdesi, gelişim biyolojisi araştırmalarında bir başka avantajdır: basit bir mikroskop kullanarak döllenmiş yumurtadan birkaç gün içinde her bir hücrenin nasıl geliştiğini gözlemleyebiliriz.

Gen teknolojisi ve gelecek

Günümüzdeki, gen düzenleme tekniklerindeki sürekli gelişmeler, tamamı dizilenmiş genomlardan gelen bilgilerle birleştirildiğinde, canlı organizmalardaki genetik bilginin çok hassas bir şekilde değiştirilmesini giderek kolaylaştırmaktadır. İnsan genleri artık genetik veya anatomik olarak oldukça farklı olan diğer organizmalara yerleştirilebilir, böylece genomları kendimizinkine çok benzeyen türlerle çalışma ihtiyacı azalır. Ayrıca, biyoinformatik veri işleme tekniklerinin biyolojiye uygulanması artık bize hangi genlerin insanlar ve model organizmalar arasında paylaşıldığını tam olarak söyleyebilir.

Bununla birlikte, bu teknolojiler basit model organizmalardaki genler ve insan hastalıkları arasındaki nedensel bağlantıları araştırmak için sınırsız bir ufuk açar. Bu potansiyel tıbbi faydaların yanı sıra, araştırmacılar yaşam biliminde yeni bilgi sınırlarını ve tüm canlıları birbirine bağlayan ortak biyolojik sistemleri de araştırıyorlar.

Download

Download this article as a PDF