Modelo organismoa

Wikipedia, Entziklopedia askea
Jump to navigation Jump to search
Drosophila melanogaster, frutaren eulia, modelo organismo erabilienetakoa
Escherichia coli, bakteria gram negatiboa
Saccharomyces cerevisiae, legamia, modelo organismo eukarioten artean erabilienetakoa

Modelo organismoak fenomeno biologikoak ikertzeko abantailak eskaintzen dituzten eta era zabalean erabiltzen diren espezieak dira. Modelo organismoetan egindako ikerketek beste organismo batzuen funtzionamendua azaltzea dute helburu[1]. Organismo biziak edo hauen ehunak erabiltzen dira modelo bezala, sarri gizakien gaixotasunak ikertzeko, gizakia bera erabiltzea bidera ezina delako[2]. Estrategia hau erabilgarria da eboluzioan zehar egon den bide metabolikoen eta material genetikoaren kontserbazioagatik[3].

Modelo organismoak ikertuz lortzen den informazioaren estrapolazioa organismo batetik bestera kontuz egin behar da, prozesuek ez dutelako zertan erabat berdinak izan behar[4].

Historia[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Antzinako Grezian eman ziren esperimentuetan modelo organismoak erabiltzeko lehen urratsak. Aristoteles (k.a. 384-322) eta Erasistratus (k.a. 304-258) izan ziren beren esperimentuetan animalia biziak erabiltzen lehenetarikoak[5]. Hala ere, modelo organismoen erabilerak Charles Darwin eta Gregor Johann Mendel eta beren hautapen natural eta herentziaren genetikari buruzko lanekin hartu zuen indarra.

XVIII eta XIX. mendeetako aurkikuntzen artean, esate baterako, Antoine Lavoisier-ek arnasketa erreketa prozesu bat zela frogatzeko untxi bat kalorimetro baten barruan sartu zuenekoa ageri da.

Modelo organismoak erabiltzeko joera horrek jarraipena izan zuen XX. mendean ere. Zabalduenetariko bat eta erabiltzen lehenetariko bat frutaren eulia, Drosophila melanogaster, izan zen eta honen jarraian etorri ziren Escherichia coli, arratoiak, tabakoaren mosaikoaren birusa, atabar.

Modelo organismoak ikertuz egin da medikuntza modernoko aurkikuntza ugari[6][7]. Giza fisiologia eta biokimika arloetako oinarrizko ezagutzak lortzeko erabiliak izan dira eta garrantzia izan dute neurozientzian eta gaixotasun kutsakorren ikerketan[7][8].

Aukeraketa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Sarritan, esperimentuetan maneiatzeko errazak direnaren arabera hautatzen dira modelo organismoak. Orokorrean, honako ezaugarriak izaten dituzte: bizi-ziklo motza, manipulazio genetikorako abantailak eta laborategiko baldintzetan biziraun eta garatu ahal izatea. Zenbait kasutan genoman dituzten berezitasunek modelo organismoaren genomaren sekuentziazioa errazten dute, esate baterako, DNA errepikakor gutxi edukitzeak edo genoma trinkoa izateak (adibidez, legamiek edo zebra arrainak). Organismo bat modelo bezala erabiltzeko kontuan hartzen diren beste ezaugarri batzuk dira: tamaina, belaunaldien arteko denbora, eskuragarritasuna, maneiagarritasuna, genetika, mekanismoen kontserbazioa edota euren mantentze, manipulazio edo elikadurak eragiten dituen inbertsioak. Gaur egun, biologia konparatiboaren erabilera handitu denez, zenbait ikertzailek dibertsifikazio zabalagoko familietako modelo organismoak bilatu dituzte.

Filogenia eta harreman ebolutiboa[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Modelo organismoak ikerketan erabiltzearen arrazoi nagusienetako bat organismo guztiek elkarrekin harreman ebolutiboren bat dutenaren printzipioa da.

Antzekotasun proteomikoak eta genomikoak erabiltzen dira[9] zuhaitz filogenetikoak eraikitzeko. Hauen bidez, espezieen arteko alderaketak egin eta beraien arteko erlazio ebolutiboak aurki daitezke. Horrelako azterketatan oinarrituta proposatu da, esaterako, txinpantzeek eta gizakiek orain dela 6 milioi urte izan zutela azken arbaso komuna. Gizakien gertuko ahaide bezala, txinpantzeen bidez informazio baliagarria lor daiteke pertsonon gaixotasunak kontrolatzen dituzten mekanismoen inguruan (gure genomaren %99 elkarbanatzen dugu txinpantzeekin[10][11]). Hala ere, ez da ohikoa ikerketarako txinpantzeak erabiltzea. Modelo animalia erabiliena arratoia da. Arratoiekin genomaren %90 inguru elkarbanatzen dugu[9].

Erabilera[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Modelo organismo ugari dago. Biologia molekularrean erabiltzen lehenetarikoa Escherichia coli bakterioa izan zen, gizakien digestio sistemako bakterioetako bat. Escherichia coli infektatzen duten bakteriofago batzuk ere bakterioen egitura genikoa ikertzeko erabilgarriak izan dira (adibidez Lambda eta T4 fagoak). Hala ere, eztabaidagarria da bakteriofagoak modelo organismotzat har daitezkeen, birusak diren heinean beren kabuz ugaltzeko gai ez direlako.

Eukarioten artean, zenbait legami, gehienbat Saccharomyces cerevisiae, zelulen biologian eta genetikan erabiliak izan dira erraz eta azkar hazten direlako. Legamien ziklo zelularra gizakienen antzekoa da eta proteina homologoen bidez erregulatuta dago. Bestalde, Saccharomyces cerevisiae mitosi asimetrikoa aztertzeko modelo organismo nagusietako bat da. Fruituaren eulia ere, Drosophila melanogaster, organo eta ehun ezberdinen garapena aztertzeko ikertua izan da hazteko erraza delako eta begi bistaz ikus daitezkeen jaiotzatiko ezaugarriak dituelako. Caenorhabditis elegans nematodoa, berriz, banako heldu bakoitzak zelula kopuru finkoa duenez (959), anomaliak edo irregulartasunak eta garapena ikertzeko erabili ohi da.

Modelo organismo erabilienak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Modelo organismoa Erabilera (adibideak)
Prokariota Escherichia coli (hesteetako bakterio gram negatiboa) Bakterioen genetika, metabolismoa
Eukariota, zelulabakarra Saccharomyces cerevisiae (garagardoaren legamia) Ziklo zelularra, mitosi asimetrikoa, organuluak
Eukariota, zelulanitza Caenorhabditis elegans (zizare gardena) Diferentziazioa, garapena
Drosophila melanogaster (eulia) Garapen biologia
Arabidopsis thaliana (loredun landarea) Loratze prozesua, estresaren aurrean landareek duten erantzuna
Physcomitrella patens (goroldioa) Landareen eboluzioa, garapena eta fisiologia
Ornoduna Danio rerio (arrain gardena) Enbrioien garapena
Mus musculus (sagua) Giza gaixotasunak
Nothobranchius furzeri (arraina) Gaixotasunak, eboluzioa, zahartzea
Anolis carolinensis (ipar amerikatik eratorritako muskerra) Narrastien biologia, eboluzioa
Xenopus laevis (azkazaldun igel afrikarra) eta Silurana tropicalis[12] (afrika mendebaldeko igela) Enbrioien garapena

Gaixotasunak ikertzeko modelo organismoak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Ikerketa mota honetarako animaliak izaten dira modelo ohikoenak. Hauek, gaixotasuna berezkoa edo eragindakoa izan dezakete edota gizakiaren antzeko zauria. Modelo hauek gizakietan aztertu ezingo liratekeen gaixotasunaren egoerak eta faseak aztertzea ahalbidetzen die ikertzaileei, gizakietan eragozpen etikoak eragingo lituzketen prozedurak erabil daitezkeelako.

Gizakien gaixotasunen ikerketan erabiliko den organismoak antzekotasunen bat izan ohi du gizakiekin gaixotasunari edo gaixotasunaren tratamenduari erantzuterako orduan[13]. Modelo idealenak etiologian (eragilearen akzio mekanismoa) eta fenotipoan (sintoma eta aztarna) gizakiaren antzekoak direnak dira. Baina gaixotasun konplexuak ikertzeko sistema sinplifikatuak bilatzen dira. Adibidez, gaixotasunaren eboluzioaren pauso desberdinak modu isolatuan aztertzeko aukera ematen dutenak.

1987. urtean Davidson eta lankideek adierazi zuten ikerketarako modelo bat aukeratzerako orduan bederatzi kontsiderazio hartu behar zirela kontuan[14]:

  • Analogo bezala egokitzea. Modeloak informazioa ezagutu nahi den organismoarekin antzekotasuna eduki behar du ezaugarriren batean.
  • Informazioa transferigarria izatea. Modelo batekin lortutako informazioa beste organismo batean aplikagarria izan behar da.
  • Emaitzak orokortzea posible izatea. Aurreko puntuarekin lotuta, modelo batekin lortutako informazioa organismo multzo batean aplikagarria izan behar da, eta ez kasu partikular batean bakarrik.
  • Organismoen uniformetasun genetikoa.
  • Propietate biologiko orokorren ezagutza. Modeloaren propietate biologiko orokorrak ezagunak izan behar dira.
  • Kostua eta erabilgarritasuna. Aukeratutako modeloa ikertzeak dakarren kostua lortu nahi den informazioaren erabilgarritasunaren araberakoa izan behar da.
  • Esperimentuetan erabiltzeko maneiagarriak eta moldakorrak izatea.
  • Ondorio ekologikoak. Modeloaren ikerketak ez du ondorio ekologiko kaltegarririk ekarri behar.
  • Inplikazio etikoak. Modeloa erabiltzeak ez ditu eragozpen etikoak ekarri behar.

Gaixotasunak ikertzeko erabiltzen diren organismoak hiru multzotan bereiz daitezke: homologoak, isomorfoak eta prediktiboak. Modelo homologoek gaixotasunaren iturburua, sintomak eta tratamendua elkarbanatzen dituzte gizakiekin; isomorfoek sintomak eta tratamendua; eta prediktiboek alderdi gutxi batzuetan bakarrik dituzte antzekotasunak baina isolagarriak izaten dira eta gaixotasunaren mekanismoaren iragarpenak egiteko balio dute[15].

Baina honez gain, beste sailkapen orokorrago bat ere egin daiteke: esperimentalak, espontaneoak, negatiboak eta umezurtzak[16].

Modelo esperimentalak dira ohikoenak. Hauek fenotipoan edo tratamenduaren erantzunean dute antzekotasuna gizakiekin. Baina gaixotasunaren eragina laborategian artifizialki eragiten zaie. Modelo espontaneoen kasuan, gaixotasuna gizakienaren analogoa da baina, ikertzen den animalian naturalki sortzen da. Ez dira ohikoak, baina informazio ugari lor daiteke. Modelo negatiboak kontrol animaliak izaten dira eta emaitza esperimentalak balidatzeko erabilgarriak dira. Modelo umezurtzak berriz, giza analogorik ez dagoen eta ikertutako animalietan bakarrik ematen diren gaixotasunei dagozkie[16].

Primateen eta genetikoki gizakiaren antzekoak diren beste zenbait ugaztunen genoma geroz eta hobeto ezagutzeak, genetikoki eraldatutako ehunak, organoak edota giza gaixotasunak espresatzen dituzten animaliak sortzea ahalbidetzen du. Honela, gaixotasun modelo sendo edo irmoagoak lortuz.

Mugak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Ikerketa biomedikoan erabiltzen diren zenbait modelo animalia, esaterako, sagua eta arratoia, sedentarioak eta glukosarekiko intolerantzia dutenak izan daitezke. Hauek gizakien prozesu metabolikoetarako eta gaixotasunetarako modelo organismo bezala erabiltzeak arazoak ekar ditzake dietaren bidez eskuratutako energia eta ariketa fisikoak eragina izan dezaketelako[17]. Bestalde, ezberdintasunak egongo dira modelo organismoaren eta ulertu nahi den organismoaren immunitate sistemetan, beraz, estimulu beraren erantzunean ezberdintasunak egon daitezke[18][19][20][21].

Alternatibak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

Modelo organismoak ikertzearen kostuak, mantentzeak eta emaitzen aplikagarritasun konplexuak, beste metodo batzuk sortzea eragin du. Zelulen kulturak eta in vitro ikerketek esaterako, zelula biziaren fisiologia mantentzen dute eta ez dute animalien sakrifiziorik eskatzen.

Erreferentziak[aldatu | aldatu iturburu kodea]

  1. Fields S, Johnston M (2005 maiatza). Cell biology. Whither model organism research?. Science. 307 (5717): 1885–6. PMID 15790833.
  2. Griffiths, E. C. (2010). What is a model?. Maiatzak 12, 2012, Wayback Machine.
  3. Fox, Michael Allen (1986). The Case for Animal Experimention: An Evolutionary and Ethical Perspective. Berkeley eta Los Angeles, California: University of California Press. ISBN 0-52005501-2.
  4. Slack, Jonathan M. W. (2013). Essential Developmental Biology. Oxford: Wiley-Blackwell.
  5. Cohen BJ, Loew FM. (1984) Laboratory Animal Medicine: Historical Perspectives in Laboratory Animal Medicine Academic Press, Inc: Orlando, FL, USA; Fox JG, Cohen BJ, Loew FM (eds).
  6. Royal Society of Medicine (2015). Statement of the Royal Society's position on the use of animals in research.
  7. a b National Research Council eta Institute of Medicine (1988). Use of Laboratory Animals in Biomedical and Behavioral Research. National Academies Press. p. 37.
  8. Jann Hau; Steven J. Schapiro (2011). Handbook of Laboratory Animal Science, Volume I, Third Edition: Essential Principles and Practices. CRC Press. p. 2. ISBN 978-1-4200-84566.
  9. a b Hedges, S. B. (2002). The origin and evolution of model organisms. Nature Reviews Genetics. 3 (11): 838–849. PMID 12415314.
  10. Kehrer-Sawatzki, H.; Cooper, D. N. (2007). Understanding the recent evolution of the human genome: Insights from human-chimpanzee genome comparisons. Human Mutation. 28 (2): 99–130. PMID 17024666.
  11. Kehrer-Sawatzki, H.; Cooper, D. N. (2006). Structural divergence between the human and chimpanzee genomes. Human Genetics. 120 (6): 759–778. PMID 17066299.
  12. JGI-Led Team Sequences Frog Genome. Genome Web. (2010).
  13. Chakraborty CH, Hsu CH, Wen ZH, Lin CS, Agoramoorthy G (2009). Zebrafish: a complete animal model for in vivo drug discovery and development. Current Drug Metabolism. 10 (2): 116–24. PMID 19275547.
  14. Davidson, M. K.; Lindsey, J. R.; Davis, J. K. (1987). Requirements and selection of an animal model. Israel journal of medical sciences. 23 (6): 551–555. PMID 3312096.
  15. Pinel Chapter 6 - Human Brain Damage & Animal Models. Academic.uprm.edu.(2014).
  16. a b Hughes, H. C.; Lang, C. (1978). Basic Principles in Selecting Animal Species for Research Projects. Clinical Toxicology. 13 (5): 611–621. PMID 750165.
  17. Martin B, Ji S, Maudsley S, Mattson MP (2010). "Control" laboratory rodents are metabolically morbid: Why it matters. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (14): 6127–6133. PMID 20194732.
  18. Mestas, Javier; Hughes, Christopher C. W. (2004-03-01). Of Mice and Not Men: Differences between Mouse and Human Immunology. The Journal of Immunology. 172 (5): 2731–2738. PMID 14978070.
  19. Schroder, Kate; Irvine, Katharine M.; Taylor, Martin S.; Bokil, Nilesh J.; Cao, Kim-Anh Le; Masterman, Kelly-Anne; Labzin, Larisa I.; Semple, Colin A.; Kapetanovic, Ronan (2012). Conservation and divergence in Toll-like receptor 4-regulated gene expression in primary human versus mouse macrophages. Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (16): E944–E953. PMID 22451944.
  20. Seok, Junhee; Warren, H. Shaw; Cuenca, Alex G.; Mindrinos, Michael N.; Baker, Henry V.; Xu, Weihong; Richards, Daniel R.; McDonald-Smith, Grace P.; Gao, Hong (2013-02-26). Genomic responses in mouse models poorly mimic human inflammatory diseases. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (9): 3507–351. PMID 23401516.
  21. Jubb, Alasdair W; Young, Robert S; Hume, David A; Bickmore, Wendy A (2016-01-15). Enhancer turnover is associated with a divergent transcriptional response to glucocorticoid in mouse and human macrophages. Journal of Immunology. 196 (2): 813–822. PMID 26663721.